利用白云石提供钙镁源从污泥厌氧消化液中回收磷

为探讨利用白云石提供钙镁源从污泥厌氧消化液中回收磷并获得富磷回收产物的工艺方法与条件,采用白云石为填料的钙镁溶出系统,考察了系统在不同的厌氧消化液进液流量、气水体积比、体积回流比条件下运行9 h后溶出的Ca2+、Mg2+浓度状况及在反应pH=9.0时的磷回收效果。试验结果表明,白云石钙镁溶出系统适宜的工艺条件为进液流量2.0 BV/h、气水体积比20.0和体积回流比5.0,溶出液Ca2+、Mg2+浓度分别为230.01 mg/L和76.30mg/L,厌氧消化液磷回收率达到97.35%,氨氮回收率12.97%,回收产物的含磷率(以P2O5计)和含氮率分别为40.78%和0.20%。经XRD、FTIR、SEM和EDS分析表征,回收产物以磷酸钙盐和磷酸铵镁为主要成分。研究表明,利用白云石提供钙镁源可以有效地回收污泥厌氧消化液中的磷并回收部分氮,且回收产物含磷率高,杂质少。

人工湿地-EAS系统在污泥厌氧消化液脱氮中的应用

采用多级垂直流人工湿地(MVF-CWs)处理城市污水处理厂剩余污泥厌氧消化液(ES-DW),以潮汐流方式运行强化硝化,以剩余活性污泥(EAS)为碳源强化反硝化,研究NH_4^+-N和TN的去除特征。结果表明:MVF-CWs系统中,NH_4^+-N平均去除率为(99.02±0.92)%,NH_4^+-N去除负荷为429.85 g/(m^2·d);TN平均去除率为(61.10±10.06)%,TN去除负荷为162.65 g/(m^2·d)。利用剩余活性污泥胞内碳源对人工湿地出水强化反硝化,当EAS与人工湿地出水的体积比为4∶1时,TN平均质量浓度由(79.87±27.02)mg/L降为(19.96±0.91)mg/L,平均反硝化速率为(1.47±0.58)g/(m^3·h)。该工艺条件下,可将城市污水处理厂剩余污泥厌氧消化液回流引起的氮循环累积量降低97.46%。

污泥厌氧消化液中磷的去除效果与机制研究——基于离子交换与改性水滑石吸附法

以磷酸铁污泥厌氧消化液为研究对象,选用强碱性阴离子交换树脂(IRA402-Cl)、弱碱性阴离子交换树脂(DOWEX66)和改性水滑石开展磷酸根去除试验,探索3种材料在富铁富磷溶液中去除磷酸根的效果与机制。试验结果表明:(1)由于DOWEX66树脂具有与磷酸根(H2PO4^-)结合力较强的叔胺官能团,相同固液比(3.0 g/L)条件下DOWEX66树脂除磷效率(33.3%)优于IRA402-Cl树脂(14.2%)。(2)固定床动态吸附试验结果显示DOWEX66树脂对磷酸根的吸附穿透点约在5个柱床体积处,表示其在富铁溶液中除磷能力有限且缓冲溶液体系更有利于树脂与磷酸根的离子交换过程。(3)300℃煅烧的水滑石在模拟溶液中表现出优良的磷去除能力,在投加量为2.0 g/L时磷去除率达到最高,且具有较好的铁磷分离效果,可作为污泥厌氧消化液中磷元素回收的潜力材料。

内置式连续液-液萃取法对污泥厌氧消化液中挥发性脂肪酸的测定

采用内置式连续液-液萃取、气相色谱内标定量法同时测定厌氧消化液中6种主要VFAs,其中乙酸、丙酸、异丁酸、正丁酸、异戊酸、正戊酸的加标回收率分别为86.7%、93.8%、94.5%、96.2%、103%和107%。样品经萃取后有效去除了无机盐杂质,减小了由直接进样造成的设备损伤,提高了检测数据的准确度和精密度。

利用白云石回收污泥厌氧消化液中的磷

为经济有效地从污泥厌氧消化液中回收磷,构建了以白云石提供钙镁源的磷回收方法,探讨了磷回收的工艺条件与效果。通过盐酸酸化厌氧消化液以降低其碳酸盐含量,同时利用白云石溶于冷稀盐酸的特性使其钙镁缓慢释放到酸化的厌氧消化液中形成第一步磷回收体系,考察体系酸化pH、白云石与厌氧消化液的固液比以及反应pH对白云石的钙镁释放和磷回收效果的影响;第一步磷回收后的上清液为第二步厌氧消化液磷回收提供钙镁源,研究投加钙磷摩尔比对磷回收效果的影响。实验结果表明,当固液比为5.0时,在酸化pH为4.0～4.5且酸化溶出时间为10 h以及反应pH为9.0的条件下,第一步磷回收产物以磷酸钙盐沉淀为主,厌氧消化液磷回收率及回收产物含磷率(以P2O5计)分别达到99.43%和38.49%;第一步磷回收后的上清液按一定的钙磷摩尔比投加到酸化后的厌氧消化液中进行第二步磷回收,当投加钙磷摩尔比为0.20时,在反应pH为9.0的条件下,回收产物同时含有磷酸钙盐和磷酸铵镁,厌氧消化液中氮、磷回收率分别达到13.19%和90.90%,回收产物氮、磷含量(以P2O5计)分别为0.26%和39.58%;经XRD、XRF、ICP及SEM等分析表征,2步磷回收的产物以磷酸钙盐和磷酸铵镁为主要成分,杂质少。研究表明,利用白云石为钙镁源,通过分别构建不同的磷回收体系可以分步从污泥厌氧消化液中经济有效地回收磷,且磷回收率和回收产物含磷率高。

污泥厌氧消化液中碳酸盐对回收磷的影响

为探讨污泥厌氧消化液中碳酸盐对以磷酸钙盐形式回收磷的影响,以粉煤灰浸出液为钙源,考察了消化液中的碳酸盐对磷回收过程和磷回收产物性质的影响。实验结果表明,在反应pH为10、反应钙磷摩尔比为1.67、反应时间为10 m in的条件下,消化液碳酸盐浓度为2 400 mg/L(以CaCO3计)时,磷的回收率为78.53%,回收产物中磷含量(以P2O5计)为28.93%;对消化液进行盐酸预酸化使pH达到4及以下时,磷回收率接近100%,回收产物中磷含量(以P2O5计)达到43.08%。消化液中碳酸盐的存在易形成碳酸钙沉淀,从而降低了磷回收率、回收产物中磷含量以及回收产品的纯度;预酸化能够有效地去除消化液中的碳酸盐并降低了其对磷回收的不利影响。

离子交换法选择性回收污泥厌氧消化液中的磷

为探讨高效选择性回收污泥厌氧消化液中磷的离子交换方法,采用静态实验和动态实验研究了4种阴离子交换树脂（D213、D202、D301和DSQ）的磷回收性能,筛选了适合富磷污泥厌氧消化液选择性磷回收的高交换容量树脂。实验结果表明,D213、D202、D301和DSQ 4种树脂对正磷浓度为70 mg/L的厌氧消化液进行动态处理时,其最大穿透体积分别为3、7、17和90 BV;DSQ树脂磷交换容量远高于其他3种树脂,达到6 860 mg P/L湿树脂,是目前报道的高磷交换容量树脂的3~4倍;DSQ树脂能有效地抵抗厌氧消化液中有机质和硫酸根等阴离子的干扰;用NaOH溶液再生DSQ树脂并回收磷,磷洗脱率超过96%,洗脱液是高浓度含磷液,可作为磷矿石的优质替代品。研究表明,DSQ树脂是一种高效选择性分离磷的树脂,适用于污泥厌氧消化液的磷回收。

利用白云石石灰去除与回收污泥厌氧消化液中氮和磷

以白云石石灰为实验材料去除与回收污泥厌氧消化液中的氮磷,通过小试实验研究不同投药固液比S/L、初始pH值、反应温度、搅拌速度及反应时间对去除与回收氮磷效果的影响。实验结果表明,在最佳投药固液比S/L为300mg/L,最佳初始pH值范围为8.5~9.5,反应温度为25.0℃,搅拌速度为150 r/min,反应时间为24 h条件下,氨氮(NH+4-N)和磷(PO3-4-P)的去除率分别为37.26%和89.60%。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对沉淀产物进行了表征,通过分析可知沉淀产物中含有磷酸铵镁(MAP),可实现废水中氮磷经济有效的回收。

异养硝化-好氧反硝化粪产碱杆菌处理高氨氮污泥厌氧消化液

具有异养硝化-好氧反硝化特性的粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis No.4)直接处理污泥厌氧消化液中的高浓度氨氮时,在60 h内氨氮(原始浓度441 mg/L)去除率约为18%。沼液中碳源验证实验表明,乙酸可作为其优质碳源。因而,可以通过外加乙酸钠的方式来解决污泥厌氧消化液碳源不足的问题。当污泥消化液中添加足够的碳源-乙酸钠使得C/N为10时,Alcaligenes faecalis No.4的脱氮效果良好,氨氮的去除率达到了98%以上。研究结果表明,在利用粪产碱杆菌处理高浓度氨氮沼液时,酸化污泥作为外加碳源的方式具有其理论可行性。

多级潮汐流人工湿地对污泥厌氧消化液中氨氮及有机物的去除特征

针对城市污水处理厂污泥厌氧消化液回流而引起城市污水处理厂处理系统内氨氮累积的问题,采用多级潮汐流人工湿地(MTF-CWs),研究MTF-CWs对污泥厌氧消化液中氨氮和有机物的去除特征及其主要去除途径。经过260 d的运行,结果表明,NH_4^+-N和COD平均进水浓度分别为859.55 mg·L^(-1)和446.52 mg·L^(-1),MTF-CWs对NH_4^+-N和COD均有较好的处理效果,平均去除率分别为66.50%和47.10%。在MTF-CWs中,转化为NO_2^--N和NO_3^--N占被去除NH_4^+-N的73.21%,硝化反应是NH_4^+-N去除的主要途径,MTF-CWs的平均硝化速率为0.3 kg·(m^3·d)^(-1)。TN的平均去除率为17.63%,去除效果较差,其原因在于原水中缺少反硝化所需要的碳源。

MTF-CWs工艺对剩余污泥厌氧消化液的强化脱氮效果

采用多级潮汐流人工湿地(multi-stage tidalflow constructed wetlands,MTF-CWs)处理城市污水处理厂剩余污泥厌氧消化液(excess sludge anaerobic digester liquids,ES-ADL),以垂直潮汐流的运行方式强化硝化,并根据进水NH_4^+-N和TN浓度分为2种不同工况。实验结果表明:在进水COD、NH_4^+-N和TN浓度分别为(293.68±9.62)、(845.70±11.53)和(847.00±11.47)mg·^(L-1)的条件下(工况1),出水COD、NH_4^+-N和TN浓度分别为(84.47±8.10)、(8.81±1.74)和(351.50±7.78)mg·L^(-1),COD、NH_4^+-N和TN的平均去除率分别为72.45%、98.93%和56.48%;在进水COD、NH_4^+-N和TN浓度分别为(413.31±7.47)、(1 023.85±8.32)和(1 025.78±8.31)mg·L^(-1)的条件下(工况2),出水COD、NH_4^+-N和TN浓度分别为(51.60±6.05)、(9.58±3.13)和(359.92±7.68)mg·L^(-1),COD、NH_4^+-N和TN的平均去除率分别为87.34%、99.05%和64.68%。在上述2种工况条件下,可将城市污水处理厂ES-ADL回流引起的氮循环累积量分别降低58.50%和62.19%。溶解氧消耗计算结果表明:MTF-CWs并没有提供NH_4^+-N的氧化(全程硝化或短程硝化过程)所需要的溶解氧;氮平衡计算结果表明:2种工况条件下通过非传统硝化-反硝化途径(如厌氧氨氧化)去除的总氮负荷分别占据总氮去除负荷的86.30%和82.53%。采用Miseq高通量测序技术进行菌群分析,结果表明:在反硝化脱氮贡献最大的人工湿地单元存在大量的厌氧氨氧化细菌Candidatus Kuenenia,且其占比随着取样深度(0.05～0.20m)增加而增加(其丰度由5.08%增加到13.18%),表明MTF-CWs处理ES-ADL时存在厌氧氨氧化途径。

污泥厌氧消化液的DTRO浓缩试验研究

采用砂滤和碟管式反渗透(DTRO)组合工艺对污泥厌氧消化液进行浓缩处理,处理过程不破坏有效成分的活性。采用定体积变浓度的运行方式,监测浓缩过程中产水及浓液COD、氨氮、SS的变化,同时考察DTRO的运行稳定性。结果表明,污泥厌氧消化液经DTRO浓缩20倍时,DTRO产水流量及水质均很稳定;污泥厌氧消化液经DTRO浓缩后,COD、氨氮、SS浓度明显提高,浓缩10倍时,COD、NH4^+-N、SS浓度由原水的912、965、897mg/L提高到7688、7462,7261mg/L,浓缩比分别为8.4、7.7、8.1倍,浓缩20倍时,COD、氨氮、SS浓度分别由原水的539、712、966mg/L提高至8070,9988、16538mg/L,浓缩比分别为14.97、14.0、17.1倍。将浓缩后的沼液用于农作物的辅助生长,其产量及维生素C含量均有明显提高。

混凝技术处理厌氧消化污泥脱水液试验研究

为满足厌氧氨氧化工艺对悬浮物(SS)和铁浓度的进水要求,采用混凝技术对厌氧消化污泥脱水液进行预处理。通过曝气试验和正交试验,确定了厌氧消化污泥脱水液的最佳曝气量、曝气时间和混凝工艺条件;基于单因素试验,得到最佳工艺条件为:快搅(250 r/min)90 s、慢搅(90 r/min)120 s、助凝剂投加时间30 s、静置15 min、聚合氯化铝(PAC)投加量20 mg/L、聚丙烯酰胺(PAM)投加量1 mg/L、pH值为7.0,此时厌氧消化污泥脱水液中的浊度和总铁去除率分别为97.63%和98.21%。由此可见,混凝技术处理后的出水不仅可以提高污染物的去除效果,还可以满足后续厌氧氨氧化工艺的进水要求。

磁絮凝强化技术处理厌氧消化污泥脱水液

为满足后续生物处理单元对固体悬浮物(SS)和铁浓度的进水要求,采用磁絮凝强化技术对厌氧消化污泥脱水液进行预处理。通过正交试验和单因素试验,本文考察了混凝水力条件、聚合氯化铝(PAC)投加量、聚丙烯酰胺(PAM)投加量、磁粉投加量及药剂投加顺序对磁絮凝效果的影响。试验结果表明:磁絮凝强化技术在快搅300r/min(2min)、慢搅100r/min(15min)、静置10min时,依次投加磁粉(40mg/L)、PAC(30mg/L)、PAM(4mg/L)时处理效果最好。在此运行条件下,SS和Fe^3+去除率分别为97.61%、98.24%、絮凝指数(FI值)取得最大值、zeta电位绝对值最小,絮凝效果最佳。与对照相比,磁絮凝强化技术对SS和Fe^3+去除率分别可提高3.70%和10.82%,同时絮体最大沉降速度可提高33%。磁絮凝技术处理后的出水不仅可以满足后续生物处理单元对SS和铁浓度的要求,还可以有效提高磁絮凝体的沉降速度,减小沉淀时间,具有较好的实用价值。

多级垂直潮汐流人工湿地厌氧氨氧化脱氮研究

采用多级垂直潮汐流人工湿地(MVTF-CWs)处理城市污水处理厂剩余活性污泥厌氧消化液(EAS-ADL),在低C/N条件下,研究MVTF-CWs对典型污染物的去除特征及其厌氧氨氧化脱氮行为,并利用FISH和高通量测序方法分析主要功能微生物。结果表明,在原水COD/ρ(TN)为0.46的条件下,进水NH4+^-N、TN的质量浓度分别为(1 002±71)、(1 003±71)mg/L,平均去除率分别为98.97%和62.64%;进水COD为(456.4±57.7)mg/L,平均去除率为93.22%。MVTF-CWs中第3和第5级对TN的去除贡献最大。第3和第5级湿地单元中存在Anammox菌,相对丰度分别为7.77%和12.14%,而异养反硝化菌占比仅为2.22%和0.22%,表明第3和第5级湿地单元高TN去除主要通过厌氧氨氧化脱氮途径实现。

动态中温厌氧消化液进行鸟粪石回收磷的试验研究

磷元素是一种十分宝贵的矿产资源,面临着日益短缺的局面,而采用活性污泥法工艺会产生大量富含氮磷的剩余污泥。通过在实验室搭建连续式进泥的动态中温厌氧消化处理污泥系统,探究利用鸟粪石结晶法回收系统产出的厌氧消化液中氮磷的优化反应条件,可为实际生产中厌氧消化液的氮磷资源化工艺参数设计提供理论依据。动态试验分为第Ⅰ阶段(氮磷物质的量之比为5.4∶1)和第Ⅱ阶段(氮磷物质的量之比为7.8∶1),当镁磷物质的量之比为1.1∶1时,初始消化液(不加碱液)p H值在7.7以上,鸟粪石纯度可以达到84%。通过投加碱液调节p H值后,消化液的氮磷去除率会随着p H值上升而增高,而鸟粪石纯度并没有明显变化。

一体式PN/A工艺处理污泥热水解厌氧消化液性能研究及微生物解析

污泥热水解厌氧消化液是一种典型的高氨氮、高COD且含有抑制性难降解有机物的废水.本研究采用一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化(PN/A)工艺处理污泥热水解厌氧消化液,通过曝气模式优化调控实现了脱氮性能提升,并研究了长期稳定运行的可行性.结果表明,污泥热水解厌氧消化液对氨氧化菌(AOB)与厌氧氨氧化菌(AnAOB)活性均有抑制,且对AnAOB抑制更明显.调整间歇曝气模式且控制DO<0.5mg·L^(-1),可实现80.6%±3.1%总氮去除率,总氮负荷达到(0.069±0.028)kg·m^(-3)·d^(-1),但长期稳定运行有待优化.AOB的优势菌属为Nitrosomonas属,其相对丰度因污泥热水解厌氧消化液的引入先降低,后随曝气模式调整适应后恢复;AnAOB的优势菌属为Ca.Brocadia,其相对丰度随热水解消化液的持续引入而持续降低,对长期稳定运行提出挑战;反硝化菌(DNB)的优势菌属为Thauera,其相对丰度略升高,反硝化脱氮贡献增强.KEGG功能预测表明膜转运及信号传导通路丰度持续降低,影响群落菌属间膜运输途径的物质信息交流,可能是污泥热水解厌氧消化液抑制作用发生的机制.

以磷酸钙盐形式从内循环反应器中回收磷的初步研究

为探讨连续流内循环反应器以磷酸钙盐形式从污泥厌氧消化液中回收磷的工艺条件,考察了pH、Ca/P摩尔比、曝气强度和水力停留时间等因素对磷回收工艺过程的影响。结果表明,在污泥厌氧消化液总磷浓度86～108mg/L、正磷浓度66～80mg/L的条件下,保持反应体系pH9.0～9.5、Ca/P摩尔比2.0、水力停留时间45min、曝气强度0.014L/(L.min),内循环反应器磷的回收率接近90%,同时回收产品中磷的含量(以P2O5计)达到22.15%,可以作为磷肥生产原料。

微生物制剂在污水处理中的应用研究

本文采用由氨氧化细菌和硝化细菌组成的微生物制剂投加到污泥厌氧消化液中,可降解较高浓度的氨氮,亚硝酸盐和硝酸盐的积累受污泥厌氧消化液pH的影响,pH低于6时硝化活性基本受抑制,pH在8~9之间可实现短程硝化。