城市污水处理厂剩余污泥鸟粪石法磷回收特性研究

摘要

从城市污水处理厂剩余污泥中回收磷是当今社会解决磷资源匮乏的主要方法之一。本研究分别进行了常温厌氧和乙二胺四乙酸(EDTA)厌氧预处理污泥释磷机理研究及鸟粪石回收过程研究，确定预处理和磷回收的最佳反应条件，针对鸟粪石结晶法磷回收过程的不确定性进行了分析，应用蒙特卡洛法进行了不确定性模拟，研究成果可为剩余污泥磷回收提供理论依据。 本文的主要研究结果如下： (1)常温厌氧预处理后的污泥上清液中总磷(TP)浓度随着厌氧时间增大而不断增大，和污泥微生物代谢产物(SMP)中的蛋白质、多糖、腐殖酸的变化趋势结合分析，大分子有机物在厌氧4d后均有大范围的增大趋势，由于这些有机物对后期鸟粪石磷回收实验效果有不利影响，因此综合分析最终确定最佳厌氧时间是4天。污泥厌氧预处理SMP的三维荧光光谱分析和分子量分布分析表明SMP中的有机物在厌氧过程中有一定的变化规律。 (2)EDTA的添加可增强厌氧预处理的释磷效果，最佳EDTA添加量为5mmol/L，最佳厌氧时间为5天。三维荧光光谱分析发现加入EDTA后污泥中腐殖酸物质有所减小，有利于后续鸟粪石磷回收反应进行。 (3)单因素法确定鸟粪石法磷回收反应的最佳条件为：pH=9.5,镁磷比为1.5，搅拌时间为20min，在此条件下常温厌氧预处理的磷回收率为94.4g%，纯度为85.14%；EDTA厌氧预处理磷回收率为94.57%，纯度为80.42%。通过响应曲面模型确定厌氧预处理最佳磷回收反应条件为pH=9.4，镁磷比为1.5，搅拌时间为21min，此条件下的磷回收率为93.66%，最佳纯度为86.03%;EDTA厌氧预处理最佳磷回收条件为镁磷比为1.6，pH为9.5，搅拌时间为22min，在最佳磷回收条件下得到的磷回收率和纯度分别为95.68%和79.19%。研究结果对磷回收工艺优化设计有重要参考价值。 (4)鸟粪石结晶法磷回收过程不确定性分析发现，鸟粪石条件溶度积不是唯一确定值，而是范围值：鸟粪石成核动力学受pKsp不确定性影响，因此进行动力学研究时需考虑不确定性因素。

目录

1 绪论

1.1研究背景与意义

1.2 污泥预处理释磷研究现状

（3）超声预处理研究进展

（4） 酸碱解预处理研究进展

（5）高级氧化法预处理研究进展

（6）EDTA污泥厌氧预处理研究进展

1.3 胞外聚合物研究现状

1.4 污泥磷回收研究现状

1.5 研究内容及技术路线

1.5.1 研究内容

1.5.2 技术路线

2 材料与方法

2.1 实验材料与仪器

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器

2.1.3 实验污泥性质与实验过程

2.2 实验方法

2.2.1 常规水质检测项目及方法

2.2.2 SMP及EPS提取及检测方法

2.3 鸟粪石磷回收实验方法

2.4 鸟粪石晶体的物理表征

2.4.1 扫描电镜检测方法

2.4.2 傅里叶红外光谱检测方法

2.4.3 X射线衍射检测方法

2.5 鸟粪石磷回收不确定性研究实验方法

3 污泥厌氧预处理研究

3.1污泥常温厌氧预处理机理研究

3.1.1 污泥上清液TP变化与SMP组分变化

3.1.2 污泥EPS中的有机物变化

3.1.3 污泥厌氧过程中SCOD破解度变化

3.1.4 SMP中三维荧光特性分析

3.1.5 LC-OCD分析

3.1.6 相关性分析

3.2 EDTA对污泥厌氧预处理的影响

3.2.1 EDTA对厌氧污泥上清液中TP影响

3.2.2 EDTA对厌氧污泥上清液中组分影响

3.2.3 EDTA对厌氧污泥上清液三维荧光的影响

3.2.4 相关性分析

3.3 小结

4 鸟粪石结晶法回收磷研究

4.1 单因素法确定最优反应条件

4.1.1 常温厌氧预处理上清液磷回收

4.1.2 添加EDTA厌氧预处理上清液磷回收

4.2 响应曲面法模拟确定最优反应条件

4.2.1常温厌氧预处理上清液磷回收

4.2.2 添加EDTA厌氧预处理上清液磷回收

4.3 鸟粪石晶体晶形分析

4.3.1两种预处理方法的晶体扫描电镜分析

4.3.2 两种预处理方法晶体FTIR分析

4.3.3 两种预处理方法晶体XRD分析

4.4 小结

5 鸟粪石磷回收过程不确定性研究

5.1 鸟粪石磷回收化学机理

5.1.1 离子反应机理

5.1.2 沉淀势能

5.2平衡常数不确定性影响

5.3 蒙特卡洛模拟

5.3.1 平衡常数的分布模型

5.3.2 模型验证

5.4 结晶成核模型

5.4.1 鸟粪石初级诱导时间统计研究

5.4.2 鸟粪石过饱和率不确定性影响

5.4.3 相关性分析

5.5 小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

攻读学位期间主要研究成果