污水污泥增压水热过程磷转化特性研究

通过氮气加压实现了水热过程温度–压力解耦,考察了水热温度、停留时间和初始水热压力对污泥模化物水热过程中磷形态转化的影响。研究表明,水热温度升高导致Fe(II)-P向Res-P转化;延长停留时间有利于三价铁还原,而Fe(II)-P占TP比例呈双向变化。因此,水热温度110℃和停留时间4 h为最佳水热工况。增加初始水热压力可以强化磷向水热炭富集,总磷(TP)浓度从32.88 mg/g (0.1 MPa)增至61.67 mg/g (1.0 MPa),同时促进了有机物分解转化,水热产物有机酸导致水热液pH降低。有机酸等还原性物质使得水热液氧化还原电位降低,促进了三价铁还原,水热炭中Fe(II)-P浓度升高,从而有利于蓝铁矿生成,并在增压水热炭X射线衍射峰的17.88˚和27.81˚处观察较强的蓝铁矿特征衍射峰,说明温度–压力解耦水热有利于蓝铁矿生成,可为城市污泥磷资源回收提供参考。

污水污泥磷形态亚临界水热转化研究

利用外源氮气加压的方式实现了水热过程温度-压力解耦,考察了亚临界水热过程有机物组成和初始水热压力对污水污泥中磷形态转化的影响,同时验证了该过程中生成蓝铁矿的可行性。污泥模化物水热实验表明,初始水热压力强化了磷富集于水热炭中,促进了葡萄糖和蛋白质转化为还原性物质,从水热炭中观察到较强的蓝铁矿X射线衍射峰。城市污泥水热实验表明,水热处理有利于磷富集于水热炭中,压力强化了磷向水热炭迁移,总磷(TP)浓度从31.45 mg/g(0.1MPa)提升到39.68 mg/g(1.0 MPa)。水热温度110℃时,增加初始水热压力促进了污泥中Fe(Ⅲ)-P向Fe(Ⅱ)-P转化,1.0 MPa水热炭中Fe(Ⅱ)-P浓度为原始污泥的6.31倍。提高初始水热压力促进了污泥中碳水化合物和蛋白质等有机物分解形成有机酸,使得水热液pH降低;蛋白质转化导致水热液中NH^(+)_(4)-N浓度升高。同时,水热液氧化还原电位升高,说明有机酸等还原性物质被消耗,促进了三价铁还原,致使水热炭中Fe(Ⅱ)-P浓度升高,有利于蓝铁矿生成。增压条件下,污泥水热炭XRD衍射图中观察到了蓝铁矿的特征峰,说明采用温度-压力解耦水热方法可以生成蓝铁矿。本研究为污泥磷资源回收提供了新思路。