EDTA对低温热水解污泥鸟粪石回收效率和纯度的影响研究

摘要

从污水处理厂剩余污泥中回收磷，不仅可以减少水体富营养化问题，还可缓解磷资源的短缺。本研究以污水处理厂二沉池剩余污泥为处理对象，以“热水解+厌氧消化”为污泥处理工艺，开展工作。通过加入金属络合剂(EDTA)于热水解污泥的上清液中，对比分析了EDTA对低温热水解污泥磷释放的影响，并应用响应曲面确定磷释放的最佳操作条件；研究了EDTA添加对鸟粪石回收效率的影响，并采用扫拙电子显微镜一能量色散X射线光谱仪(SEM—EDS)分析了鸟粪石纯度；探讨了低温热水解污泥加入EDTA回收磷后，对厌氧消化处理效果的影响。本研究的主要结论如下： (1)通过添加不同浓度的EDTA(0mmol/L～15mmol/L)进行污泥低温热水解(T=75℃、pH=3)，上清液中总磷(TP)和正磷(PO43-)的释放量分别从249mg/L和189mg/L增加到了547mg/L和450.6mg/L，污泥中约84%的磷可释放到液相中。EDTA通过破坏胞外聚合物和细胞结构，络合释放到上清液中的Ca、Mg.Al、Fe等金属离子，避免它们与磷结合，不仅提高了磷的释放量，还使释放到上清液中的磷大部分以PO43-的形式存在，有利于鸟粪石磷回收。 (2)以pH、温度、EDTA浓度为污泥热水解影响因素的自变量，以磷释放率和经济成本为响应值，进行响应曲面模拟分析，确定出最佳热水解磷释放条件(T=62℃、pH=3.9、EDTA浓度=9.2mmol/L)和较佳的磷释放率(74.2%)和较低的经济成本。 (3)以鸟粪石方式回收上述热水解污泥上清液中的磷，最佳回收条件为：Mg/P=1．2∶1、pH=9,T=25℃。上清液中磷的回收率为97.3%,NH4+-N去除率为24.7‰鸟粪石纯度可达61.3%。通过SEM-EDS分析可得磷回收所得晶体沉淀中n(Mg)∶n(N)∶n(P)=1.16∶1∶1.46,与磷酸铵镁（鸟粪石）分子式比值很接近，所以回收的沉淀产物中主要成分为磷酸铵镁。 (4)对添加EDTA经热水解鸟粪回收后的污泥进行厌氧消化处理（15天），进泥中SCOD浓度较未添加EDTA的热水解污泥进泥的SCOD有明显的增加，厌氧消化过程中有机物分解速率平均为292mg/d，未添加EDTA热水解污泥有机物分解速率平均为239mg/d，说明添加适量的EDTA可使厌氧消化效能得到提高。添加EDTA经鸟粪石磷回收后，消化液中PO43-释放量不足30mg/L，可有效避免在消化设备和管道中无控制的鸟粪石沉积问题。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 污泥液相中鸟粪石磷回收的技术方法

1.2.2 鸟粪石磷回收的影响因素

1.2.3 提高鸟粪石回收效率与纯度的方法研究

1.3 研究内容

1.4 技术路线

2 材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 污泥的来源及其特征

2.1.2 主要试剂

2.1.3 实验装置与仪器

2.2 实验方法

2.2.1 污泥的热水解处理

2.2.2 污泥的厌氧消化处理

2.2.3 鸟粪石磷回收

2.3 分析方法

2.3.1 常规指标检测方法

2.3.2 SMT法

2.3.3 X射线能谱分析(EDS)

2.3.4 鸟粪石纯度检测方法

2.3.5 响应曲面分析(design expert)

2.3.6 磷回收率及NH4+-N去除率的计算方法

2.4 污泥磷回收实验流程

3 EDTA对污泥热水解磷释放的影响

3.1 污泥热水解单因素分析

3.1.1 EDTA对污泥热水解影响

3.1.2 pH对污泥热水解影响

3.1.2 温度对污泥热水解影响

3.2 响应曲面分析

3.2.1 响应曲面实验设计

3.2.2 磷释放率方差分析

3.2.3 经济成本方差分析

3.2.4 响应曲面分析

3.2.5 响应曲面结果与校核

3.3 本章小结

4 鸟粪石回收效率与纯度分析

4.1 回收方法及最优回收条件的确定

4.2 鸟粪石回收产物分析

4.3 影响因素分析

4.3.1 pH对磷回收的影响

4.3.2 镁离子浓度对磷回收的影响

4.4 本章小结

5 鸟粪石磷回收对厌氧消化的影响

5.1 消化液中SCOD、氨氮的变化

5.2 厌氧消化过程中有机物分解速率的变化

5.3 厌氧消化过程磷释放量的变化

5.4 EDTA对厌氧消化影响机理

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表论文及参加科研情况