源分离黄水纳滤预处理及氮磷资源回收技术研究

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黄水(即尿液)作为人体的代谢产物,含有丰富的氮磷钾资源。源分离分散式污水处理系统将生态卫生与原生态文明高效结合,有助于减少黄水排放导致的环境问题,减少污水处理系统的氮磷负荷,对黄水的高效资源化回收及产物利用具有重要意义。黄水中同时存在微污染物,容易引起资源化产品进一步回用时的安全性问题。本论文以源分离黄水为研究对象,以氮磷的高效回收和资源化安全性为目标,研究了适用于农村、城郊等地区小规模集中化的源分离黄水纳滤-磷酸铵镁处理工艺。系统分析了纳滤截留源分离黄水中微污染物的最优工艺条件,磷酸铵镁沉淀法回收黄水中氮磷的最优工艺条件以及纳滤-磷酸铵镁沉淀组合工艺在最优工艺条件下回收源分离黄水中氮磷的效果,结合沉淀产物的形貌特征和组成分析,形成集中式的源分离黄水资源化工艺系统。
  研究发现纳滤工艺对奈维拉平(NVP)、齐多夫定(ZDV)、拉米夫定(3TC)、磺胺甲恶唑(SMX)、甲氧苄啶(TRI)、利福平(RMP)、环丙沙星(CIP)和卡马西平(CBZ)共8种抗病毒和抗生素类药物有良好的截留效率,总去除率在80%左右,其中RMP完全截留。纳滤膜截留浓缩机理包括吸附、筛分和静电作用。由于本研究使用的黄水原水中磷含量较低,操作条件对磷截留浓缩效果的影响不大,截留效率可达到89%。通过对进水pH,操作压力的优化试验,结果表明在进水pH值为9,操作压力为0.6MPa的条件下微污染物的截留效果最好。
  采用模拟黄水为底物,对磷酸铵镁工艺的关键运行参数和运行模式进行了优化,以强化黄水中氮磷的回收效率。结果表明,pH值调节方式和Mg:N:P摩尔比是影响氮磷回收效果的主要因素。在耗碱量基本相同的条件下,改变pH值的调节方式可以强化氮磷回收率,并且节省部分外加镁源和磷源。体系在初始pH值为9,首次反应结束后pH值再次调回至9,Mg:N:P摩尔比为1.1:1:1的条件下,氮磷的回收率可达82.6%和94.5%,并且获得的沉淀晶体呈斜方晶型,晶体粒径相对较大,杂质较少。
  基于以上研究结果,以实际源分离黄水为底物,在半连续流试验中,采用最佳工艺参数运行,研究考察了纳滤-磷酸铵镁组合工艺对源分离黄水的氮磷回收效果。经过稳定运行后,纳滤工艺出水中微量污染物截留率为80%。纳滤出水作为磷酸铵镁结晶反应器的进水,采用两次调节pH为9的方式,氨氮回收率为87.8%,磷回收率高达98.8%,回收得到的沉淀晶体呈斜方晶型,且杂质较少。此种工艺可以作为农村、城郊等地区小规模集中式的源分离黄水资源化工艺,有助于源头氮磷的高效回收和可持续的资源化利用。
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