新型连续交替式厌氧/好氧生物滤池蓄磷及磷回收工艺的研究

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磷是维持地球上所有生命体存在无可取代的重要元素,而磷资源的不合理利用方式导致了世界范围水体的富营养化以及可预见的磷资源短缺。为缓减水体富营养化及实现磷资源的可持续化发展,开发同时去除和回收废水中磷的工艺已经成为当前废水脱氮除磷技术的研究热点。目前,大部分的含磷废水主要为低磷废水,传统活性污泥法除磷工艺中磷资源流失问题严重,很难实现对其进行有效的回收利用。针对这一问题,本研究利用新型连续交替式厌氧/好氧生物滤池(AABF)工艺,进行生物蓄磷及磷资源的回收。通过研究生物滤池运行的主要影响因素,优化生物膜内PAOs的富集与蓄磷过程,实现系统的高效蓄磷,并采用磷酸铵镁(MAP)结晶法对富磷生物膜形成的富磷液进行磷回收。实验结合荧光原位杂交(FISH)、化学平衡模型、X衍射(XRD)等技术手段表征蓄磷-强化磷回收的效果。主要研究成果如下:(1)研究系统运行的主要影响因素,确定较优的运行条件:25-30天的反冲周期是维持生物滤池功能的关键性操作;进水碳磷比(C/P)是影响系统运行效果的主要因素,C/P为15时,TP去除率提高到97.4%的同时节约碳源;厌氧/好氧循环周期(CD)取8.0h(4:4)时,TP去除率达到93%,系统处理效果最佳;为保证营养物质被生物膜充分吸收及减少磷酸盐的流失,水力停留时间与内循环时间分别控制在1.5h和2.0h;厌氧和好氧环境直接影响了PAOs的释磷及吸磷效果。(2)考察系统生物膜内PAOs的快速富集与蓄磷效果:过程持续约200天,共分为3个阶段,分别为启动阶段、优化阶段和回收阶段。第1II阶段PAOs增殖速度加快,厌氧段出水SOP达到75mg/L,蓄磷效果良好。蓄磷过程中,生物膜含磷量、聚磷菌胞内含磷量与厌氧段最大释磷量呈现一定的线性关系,同时随着磷浓度的升高,Mg2+浓度不断提高,Ca2+浓度成不断下降:碳源调控强化了系统的除磷和磷回收效果,连续进水碳源调控△P/△C平均值达到0.26,增强了聚磷菌的活性;FISH监测结果表明,PAOs占全菌比例不断提高并成为优势菌种,系统运行过程中的周期性的碳源调控有利于生物膜内PAOs的快速富集。(3) MAP结晶法回收释磷液中磷的效果分析:初始磷浓度低于40mg/L时磷回收率较低,当磷浓度高于80mg/L时TP去除率最高可达98.6%,回收率在90%左右。同时回收过程中为避免Ca2+的影响,回收液最佳初始磷浓度为80-100mg/L;回收沉淀产物物相分析发现,磷浓度升高到80mg/L以上后,沉淀物形状发生显著变化,主要呈斜方柱状结构,沉淀产物XRD衍射谱图与鸟粪石标准图谱较为吻合,证实回收产物为纯度较高的MAP。
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