鸟粪石结晶法流化床脱氮除磷技术研究

摘要

磷是一种不可再生、难以替代的有限矿产资源。中国磷资源的不合理开发利用正在加剧中国磷资源危机，其伴生的水体富营养化问题也日益凸显。在磷的自然和社会循环途径中，回收高浓度废水中的氮磷是水污染治理领域的职责所系，其一方面能有效控制磷大量进入自然水体而造成富营养化，另一方面能重复利用磷资源而缓解危机。鸟粪石法（磷酸铵镁沉淀法，MAP法）作为国内外水处理领域新兴而环保的技术，在近20年里得到广泛应用，日臻成熟，响应了世界磷资源短缺和水体氮磷污染的整个大背景。但是，国内对鸟粪石法的研究主要停留在实验室规模，鲜见用于中试和生产性试验的反应器，而反应器作为鸟粪石技术工业化的必经之途，在国外已有大量研究，并开发出用于投产的高效鸟粪石反应器。
　　针对国内对鸟粪石反应器研究滞后的问题，本文继承课题组已有成果，以碱式碳酸镁为最佳镁源，以P回收为主要考察目标，探讨了鸟粪石法脱氮除磷的最佳反应条件，优化试验方案并强化了流化床反应器的氮磷回收效能，给出了可供流化床中试试验的运行参数。研究内容和主要结论如下:
　　(1)基于单因素的4因素3水平正交试验结果显示，影响P回收率的反应条件为:pH=8，Mg∶N∶P=1.6∶1.25∶1，N初始浓度=200mg/L，P-B试验表明Mg∶P为关键因素，BBD-RSM组合试验优化结果为:pH=8.16，Mg∶N∶P=1.71∶1.2∶1，模型显著，与正交符合较好，且模型预测值和实际验证值相差仅为0.92％;
　　(2)控制pH=8，搅拌时间90min，搅拌速度120 r/min，n(Mg)∶n(N)=1.3，消化液(N=73.03 mg/L，P=136.06 mg/L)中有机物对氮磷回收率的影响为:n(N)∶n(P)较高时，表现为抑制作用，较低时，基本无明显影响;有机物在结晶反应过程中得以有效去除;
　　(3)使用一体化流化床反应器进行诱导晶核强化脱氮除磷试验，不调节pH，HRT=10min，筛选出1～2mm陶粒作为最佳诱导晶核，具有廉价、高效、强度高的特点，P、N回收率分别高达97.5％、80％，对应提高了3％、10％，有效投加量0.77g/L水，市价0.8￥/kg;
　　(4)扫描电镜结果显示流化床在运行过程中产生大量的鸟粪石晶体和部分副产物，而且验证了中上区域鸟粪石产量高于底部，但颗粒粒径较小，而出水陈化后的鸟粪石晶体能形成更大颗粒。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 磷资源的使用现状和回收意义

1．1．1 国内外磷资源的存储状况

1．1．2 磷在自然界中的循环

1．1．3 磷资源回收的意义

1．2 高浓度氮磷废水的处理方法综述

1．2．1 高浓度含磷废水的处理

1．2．2 高浓度含氮废水的处理

1．3 鸟粪石法在污水脱氮除磷中的应用

1．3．1 鸟粪石法原理

1．3．2 主要影响因素

1．3．3 鸟粪石法处理氮磷废水的成果

1．3．4 存在的问题

1．4 鸟粪石反应器的研究

1．4．1 鸟粪石反应器的进展

1．4．2 鸟粪石反应器的前景分析

1．5 课题研究的目的、内容及意义

1．5．1 研究目的及意义

1．5．2 研究内容

2．实验材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 实验水质

2．1．2 实验药剂

2．1．3 实验仪器

2．2 实验方法

2．2．1 因素优化研究

2．2．2 有机物影响研究

2．2．3 流化床反应器中试

2．3 分析方法

3 因素优化研究

3．1 正交试验

3．2 P-B(Plackett-Burman)试验

3．3 BBD-RSM响应面优化试验

3．4 RSM结果预测

3．5 单因素、正交与RSM比较

3．6 本章小结

4 有机物浓度对氮磷回收率的影响

4．1 消化液中有机物对P、N回收率的影响

4．2 结果与讨论

4．2．1 低n(N):n(P)下有机物对磷氮回收率的影响

4．2．2 高n(N):n(P)下有机物对磷氮回收率的影响

4．2．3 低n(N):n(P)下结晶反应对有机物的影响

4．2．4 高n(N):n(P)下结晶反应对有机物的影响

4．3 本章小结

5．流化床反应器中试

5．1 实验目的

5．2 流化床诱导晶核试验

5．3 结果与讨论

5．3．1 黄土小试

5．3．2 硅藻土试验

5．3．3 凹凸棒土试验

5．3．4 粉末活性炭试验

5．3．5 陶粒试验

5．3．6 菱镁矿粉试验

5．3 流化床内鸟粪石颗粒沉速粒径分析

5．3．7 诱导晶核综合评价

5．3．1 实验内容

5．3．2 结果与讨论

5．4 鸟粪石成分表征

5．4．1 实验内容

5．4．2 结果与讨论

5．5 关于流化床结构改进的建议

5．6 本章小结

6 结论

7 存在问题与建议

8 创新点

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果