蓝铁石结晶废水磷去除与回收技术研究进展

随着全球人口增长和工业发展,社会生产和生活对磷的需求不断增加。从含磷废水中回收磷可同时解决水体磷污染与磷资源短缺的问题。近年来,蓝铁石[Fe_(3)(PO_(4))_(2)·8H_(2)O]结晶磷回收技术,因其适用pH范围广、亚铁药剂廉价易得、应用前景广阔等优点而被大量研究。目前,蓝铁石结晶处理含磷废水技术仍处于起步阶段,有待解决的问题主要包括结晶的优化条件未完全确定,结晶过程机制尚不清晰,废水中抑制因子影响的解除方法未建立,结晶产物较小不易分离与再利用等。总结了国内外蓝铁石结晶技术在含磷废水处理方面的研究成果,并从蓝铁石性质与应用、蓝铁石结晶原理与反应器和蓝铁石结晶影响因素3方面进行阐述,为推进蓝铁石结晶磷回收技术在含磷废水处理中的研究和工程化应用提供参考。

活性与非活性污泥系统中蓝铁石结晶的特性及差异

基于蓝铁石原位结晶磷回收技术,为更好地实现从污泥中分离和回收蓝铁石,需要深入研究蓝铁石结晶在污泥中的生长特性及活性污泥对结晶生长的影响。搭建厌氧反应装置,分别在有污泥和无污泥的反应装置中加入模拟生活污水和铁源,通过长期运行反应器,比较其蓝铁石结晶生长特性及差异。研究发现:厌氧污泥对蓝铁石结晶生长具有强化作用,且活性污泥系统和非污泥系统蓝铁石结晶的最终形态都是花型团聚体,活性污泥系统中的晶体更密集,更饱满;SI值为6左右时,晶体倾向于成核,SI值下降到3左右,晶体开始快速生长,在非污泥系统中前期需要更长的时间以达到成核所需的SI值。实验装置底部沉积物存在1~2 mm的蓝铁石晶体,可通过周期性重力分离回收蓝铁石结晶。

不同铁源对剩余污泥厌氧系统中蓝铁石生成的影响

以污水处理厂剩余污泥为研究对象,污泥经酸/碱预处理(pH=3.0/pH=10.0)后,分别以FeOOH、FeCl_(3)及Fe_(2)O_(3)为外加铁源,进行厌氧发酵,探究铁源对厌氧系统中蓝铁石晶体生成的影响.结果表明:FeCl_(3)和FeOOH可以高效地被还原为Fe^(2+),其铁还原效率(EFe)最高为56.24%~80.10%,且酸处理效果优于碱处理(3.00%~13.31%),而Fe_(2)O_(3)的EFe相对较低,最高分别为31.94%(pH=3.0)和50.1%(pH=10.0).FeOOH和Fe_(2)O_(3)的投加,可促进胞外聚合物(EPS)中蛋白质含量的提升,增强胞外电子传递能力,但Fe_(2)O_(3)因其结晶度高,阻碍了铁还原微生物对铁源的利用,导致铁还原效率低.上清液PO_(4)^(3-)浓度、污泥Fe-P比例与EFe呈负相关,EFe越高则PO_(4)^(3-)浓度、Fe-P比例越低.FeOOH组上清液PO_(4)^(3-)浓度下降幅度最大,反应第9 d PO_(4)^(3-)浓度最低,仅为对照组的10.30%(pH=3.0)和17.20%(pH=10.0),其次是FeCl_(3)组(22.83%/27.87%),Fe_(2)O_(3)组最终剩余较多PO_(4)^(3-)(65.02%/56.33%);FeOOH、FeCl_(3)和Fe_(2)O_(3)酸/碱组的Fe-P比例分别为32.19%/21.20%、34.41%/23.09%和20.92%/11.99%.铁源的添加提高了污泥的磷回收率(Rp),并且酸预处理效果优于碱处理,其中FeCl_(3)组Rp最高,是对照组的2.91倍,其次是FeOOH组(2.63倍)和Fe_(2)O_(3)组(2.12倍).XRD分析表明,FeOOH和FeCl_(3)酸/碱预处理组均生成了蓝铁石晶体.

石墨强化微生物异化铁还原合成蓝铁石的磷回收研究

蓝铁石结晶法磷回收是近年来国内外磷回收领域研究的热点.如何获得高产率的结晶产物,对于蓝铁石结晶法磷回收技术的广泛应用至关重要.本研究将不同投加量、不同粒径的石墨加入到混菌铁磷复合体系中培养22 d,探讨石墨对微生物异化铁还原合成蓝铁石过程的影响,以期为碳材料强化蓝铁石结晶法磷回收提供科学依据.结果表明:当石墨投加量为1 g·L^-1、粒径为10μm时,Fe(Ⅱ)含量在第10 d和第14 d时分别比对照组高12%和10%,对蓝铁石合成的强化作用最为明显.因此,1 g·L^-1、10μm的石墨投加条件为本实验中石墨强化微生物异化铁还原合成蓝铁石的最佳磷回收条件.实验末期测定了对照组和最佳石墨组体系中微生物蛋白含量,发现二者之间并无明显差异,表明石墨对微生物量的影响不大.此外,分析微生物群落结构变化发现,与原始污水水样相比,对照组和石墨组的变形菌门比例明显增加,且石墨组的增幅更大,表明石墨更利于变形菌的富集.由此推测,石墨对微生物异化铁还原合成蓝铁石的促进可能源于体系中石墨对变形菌门细菌的强化富集作用.