磷酸盐沉淀法回收污泥中的磷

论文摘要

自然界中的磷是一种难以循环的资源。随着工业发展和人们生活水平的提高,大量的磷随污水被排放到江河湖泊中造成水体富营养化。目前,污水处理厂广泛采用生物除磷工艺,在此过程中产生了大量的含磷剩余污泥,如能将其中的磷进行回收利用,则会缓解当前天然磷矿藏的过度消耗和未来可能出现的磷资源匮乏的情况。本研究以回收污泥中的磷资源为目的,分别利用超声破碎、加热、加酸以及热酸联合的方法处理污水处理厂的污泥,使污泥中的磷释放到水溶液中,再以CaCl2为钙源和以海水为镁源,用磷酸盐沉淀的方法从溶液中回收磷资源,最后分析研究了沉淀产品的化学组分等性质。结果表明,采用超声波法破碎污泥,随着超声工作时间的增加可以提高溶液中正磷酸盐（Pi）和总磷（TP）浓度。此外,在单次工作时间为4s,间歇时间为1s条件下明显比其它脉冲方式好。此外,碱性条件（pH=11）下污泥释放效果比酸性条件下（pH=4）要好。实验结果还表明,加热和酸化都能促进污泥磷释放,且加热和酸化的联合作用的促进作用最好。其中90℃下加热2h,污泥TP释放率为22.5%,明显比60℃条件下高。在加酸的条件下,10%HCl条件下释磷效果最好,释磷率达52.2%,10%H2SO4次之,为46.0%;10%HNO3最差,为39.6%。在加热和加酸联合作用下,经90℃+2%HCl条件作用2h后,TP释放率达到96.3%。显微镜观察显示单纯的加热对污泥中微生物的基本形态破坏不彻底,而在加热和加酸共同作用下,微生物细胞破碎完全。使用CaCl2为钙源对污泥消解后的上清液的磷进行沉淀,结果发现,当搅拌时间5min,转速100-120rpm,温度25℃,pH10.5,n Ca：n P=1.55,Pi的沉淀率可达到97%以上,TP的沉淀率达到88%,污泥TP回收率为82%；最佳条件下所得的沉淀物中含Ca（以CaO计）为52.3%,含磷（以P2O5计）41.7%。使用海水为镁源对污泥消解后的上清液的磷进行沉淀,结果发现,当搅拌时间15min,搅拌转速100-120 rpm,温度25℃,nMg2+：nP：nNH 4 +=1.8：1：1.2,pH10时,Pi的沉淀率约为92%,TP的沉淀率达到80%,污泥中TP回收率为75%左右。最佳条件下所得的沉淀物中含Mg（以MgO计）为16.1%,含磷（以P2O5计）27.2%,含N（NH 4 + -N）5.5%。以上结果表明,热酸法有效地实现了污泥磷释放,CaCl2和海水都高效地回收了溶液中的磷,尤其是利用海水作为沉淀剂,虽然相比氯化钙对磷的沉淀率稍低,但节约了试剂成本。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 磷资源概况
• 1.1.1 自然界中的磷循环
• 1.1.2 磷用途
• 1.1.3 磷资源的稀缺性
• 1.2 水体富营养化
• 1.2.1 导致水体富营养化的污染源
• 1.2.2 水体富营养化与TN、TP关系
• 1.2.3 控制水体富营养化措施
• 1.2.4 我国水体富营养化现状
• 1.3 污水中磷的去除研究现状
• 1.3.1 化学法除磷
• 1.3.2 生物法除磷
• 1.3.3 吸附法除磷
• 1.4 磷资源回收现状及存在问题
• 1.4.1 再生磷资源的来源
• 1.4.2 污水中的磷回收
• 1.4.3 污泥中的磷回收
• 1.5 研究课题的提出及研究内容
• 2 超声波法消解污泥释放磷条件考察与优化
• 2.1 原理
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 污泥来源
• 2.2.2 实验药品和试剂
• 2.2.3 实验仪器
• 2.2.4 磷的测定方法
• 2.2.5 实验步骤与采样方法
• 2.3 结果与讨论
• i和TP标准曲线'>2.3.1 P_i和TP标准曲线
• 2.3.2 破碎方式对污泥释磷效果的影响
• 2.3.3 总超声工作时间对污泥释磷效果的影响
• 2.3.4 污泥悬液pH对磷释放的影响
• 2.3.5 脉冲方式对污泥释磷效果的影响
• 2.4 小结
• 3 加热和加酸消解污泥释放磷条件的考察与优化
• 3.1 实验材料
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 污泥加热释放磷实验方法
• 3.2.2 污泥加酸释放磷实验方法
• 3.2.3 污泥加热和加酸释放磷实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 加热温度对污泥释磷效果的影响
• 3.3.2 无机酸对污泥释磷效果的影响
• 3.3.3 热和酸联合作用对污泥释磷效果的影响
• 3.3.4 热和酸处理方式对污泥释磷效果的影响
• 3.3.5 加热前后污泥细胞显微镜照片
• 3.4 小结
• 2溶液沉淀回收污泥上清液中的磷'>4 以CaCl₂溶液沉淀回收污泥上清液中的磷
• 4.1 原理
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 污泥消解后上清液
• 4.2.2 实验装置
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• i和TP的沉淀效果的影响'>4.3.1 pH对P_i和TP的沉淀效果的影响
• i和TP沉淀效果的影响'>4.3.2 Ca/P比值对P_i和TP沉淀效果的影响
• i和TP沉淀效果的影响'>4.3.3 温度对P_i和TP沉淀效果的影响
• 4.3.4 磷酸钙产品化学和物理性质的考察
• 4.4 小结
• 5 以海水为镁源沉淀回收污泥上清液中的磷
• 5.1 原理
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 实验装置
• 5.2.3 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• i和TP沉淀效果的影响'>5.3.1 反应时间对P_i和TP沉淀效果的影响
• i和TP沉淀效果的影响'>5.3.2 pH对P_i和TP沉淀效果的影响
• i和TP沉淀效果的影响'>5.3.3 Mg/P比值对P_i和TP沉淀效果的影响
• 5.3.4 磷酸铵镁产品化学和物理性质考察
• 5.4 污泥磷回收工艺流程
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢