污水磷回收新产物--蓝铁矿

渐行渐近的磷危机使磷回收从理论已经走向实践.磷回收产物形式很多,但经济、具有高附加值的产物才能驱动企业自愿实施.在污水处理生物污泥中新近发现的蓝铁矿(Vivianite,Fe_3(PO_4)_2·8H_2O)沉淀物因潜在的特殊用途以及经济价值而备受关注.自然界,蓝铁矿广泛存在于地表水体沉积物中,是一种非常稳定(K_(sp)=10^(-36))的磷铁化合物.决定蓝铁矿生成的条件除富铁、富磷之内在因素外,还需要环境中存在合适的还原性条件(ORP<-300 mV)以及中性上下的pH条件(6～9).实践中,污水或污水处理过程中有时刚好存在蓝铁矿形成的内、外在条件,荷兰污水处理厂在生物污泥中便检测发现有蓝铁矿物质的存在.为推动蓝铁矿基础及其应用研究,本文综述蓝铁矿化学性质、经济价值及回收潜力;分析pH、ORP、微生物、硫化物等环境影响因素;辨析其在生物污泥中的生成路径;提出从污泥中分离、提纯蓝铁矿的研发思路.

蓝铁矿形成于污泥厌氧消化系统的验证与分析

磷危机"与"水体富营养化"现象随行,致污水磷回收势在必行。最近,在污泥厌氧消化过程中发现了磷回收新产物——蓝铁矿,一种化学稳定性很强、回收用途极为广泛、经济价值更高的磷酸盐化合物。鉴于此,通过试验验证污泥厌氧消化条件下,Fe^(3+)生物还原至Fe^(2+)、与污泥释放的PO_4^(3-)反应生成蓝铁矿的可行性以及所需环境条件与限制因素。结果显示,Fe^(3+)在厌氧消化过程中会被异化金属还原菌(DMRB)还原为Fe^(2+),与污泥细胞裂解释放出的PO_4^(3-)可以生成蓝铁矿,含量高达204 mg/g DS。进言之,碳酸盐(MCO_3)不会干扰蓝铁矿生成。Fe^(3+)被生物还原时,DMRB会与产甲烷菌(MPB)争夺电子供体(有机物),一方面会抑制厌氧消化产甲烷(CH_4),另一方面,Fe^(3+)也提供了MPB所必需的Fe元素,可刺激酶活,反而能促进产CH_4过程;Fe^(3+)对产CH_4过程的综合影响为促进作用。

蓝铁矿形成要素探究:涉及细菌对乙酸的亲和性

蓝铁矿是继鸟粪石后又一种被关注的高含磷量磷酸盐化合物。不同的是,蓝铁矿只能在污泥厌氧消化过程中形成,且需要污泥中含有足量的三价铁(Fe3+)。有关蓝铁矿的研究目前又到了趋之若鹜的程度,但是蓝铁矿形成的关键制约因素仍未完全明晰。为此,通过序批式厌氧消化反应探究了厌氧消化系统中铁还原细菌(DMRB)与产甲烷菌(MPB)对共同基质——乙酸的竞争关系,以确定蓝铁矿的形成是否会因MPB消耗乙酸而被影响(共性问题)。结果发现,两种微生物对挥发性脂肪酸(VFAs)确实存在底物竞争关系,因DMRB对乙酸的亲和系数比MPB低约1个数量级,使其在竞争中立于不败之地。因此,MPB并存并不会明显影响Fe3+还原速率及蓝铁矿形成。然而,蓝铁矿大量形成会减少甲烷(CH4)产量,平衡二者关系应为后续研究重点。