回收餐厨垃圾废水中氮磷的试验研究

摘要

近年来，很多研究表明将挥发性脂肪酸(VFAs)作为外加碳源投加到某些污水生物处理工艺中，以解决生物脱氮除磷工艺碳源不足的问题。但餐厨垃圾经水解酸化后会释放出大量的氮和磷，影响C/N比及C/P比的提高，若直接投加到污水处理工艺中会提高生物脱氮及除磷的负荷。目前，氮、磷等资源量逐年减少，从污、废水中回收氮、磷资源为当今研究热点。本课题针对餐厨垃圾废水中含有高浓度的氮、磷，采用化学沉淀法对其进行回收，从而实现餐厨垃圾废水中氮磷资源化利用，同时解决餐厨垃圾废水用作生物脱氮除磷外加碳源时氮、磷浓度过高的问题。　　本试验研究以实际餐厨垃圾废水为处理对象，考察了鸟粪石(MgNH4PO4 ·6H2O)及蓝铁矿(Fe3(PO4)2 ·8H2O)结晶法回收废水中高浓度氮、磷的影响因素，并推荐优化工艺条件。　　投加镁盐(MgCl2)形成鸟粪石结晶以回收餐厨垃圾废水中磷，研究表明随着pH及Mg/P的升高磷的回收率随之提高并趋于稳定；较高的氨氮含量促进磷的回收；反应时间及温度对于鸟粪石回收磷过程影响效果并不大。由此推荐鸟粪石结晶回收磷过程的最佳条件：pH=9.0、Mg/P=1.6∶1、搅拌时间10min、陈化时间20min、室温，对于磷的回收率可高达85%以上，而氨氮回收率基本处于30%以下。　　考查鸟粪石结晶同时回收餐厨垃圾废水中的氮和磷，由于餐厨垃圾废水中氨氮当量远高于磷当量，则需额外添加磷源。在pH=9.0、搅拌时间10min、陈化时间20min、室温条件下探索镁盐及磷投加量，为实现氮、磷回收及同时满足废水剩余氮、磷浓度的要求，得出最佳Mg∶N∶P=1.4∶1∶0.6~0.7，此时氮磷回收率分别为72.39%、50.98%。对最佳工况条件实现氮、磷同时回收的沉淀产物进行表征，主要成分为鸟粪石，纯度在80%左右，且鸟粪石结晶法对SCOD、VFAs耗损率影响较小。　　通过投加二价铁盐形成蓝铁矿结晶以回收餐厨垃圾废水中的磷，研究表明为实现蓝铁矿回收磷确定pH控制在酸性条件，考虑经济成本可不改变餐厨垃圾废水pH在6.0左右。随着铁盐投加量的增加将促进蓝铁矿对磷的回收；且铁盐多具有絮凝效果，反应中震荡可使胶粒脱稳絮凝，提高其沉降性能。反应时间及温度对于蓝铁矿回收磷过程影响效果不明显。推荐蓝铁矿回收磷过程的最佳条件：pH=6.0、Fe/P=1.8∶1、震荡时间20min、陈化时间30min、室温，对于磷的回收率可高达90%以上。对最佳工况条件实现磷回收的沉淀产物进行表征，主要成分为蓝铁矿，纯度在85%左右。　　根据上述研究结果，餐厨垃圾废水用作外加碳源时，首要任务是解决氮、磷浓度过高的问题。由此，可在餐厨垃圾厌氧酸化工艺后进行鸟粪石沉淀工艺，反应条件应控制在pH=9.0、Mg∶N∶P=1.4∶1∶0.6~0.7、搅拌时间10min、陈化时间20min、室温。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 我国餐厨垃圾现状

1.1.2 我国污水处理厂现状

1.1.3 我国氮磷污染及回收现状

1.2 餐厨垃圾处理与处置方式

1.3 餐厨垃圾厌氧产酸技术研究与应用

1.3.1 厌氧产酸技术机理

1.3.2 厌氧产酸过程中氮磷的释放

1.3.3 餐厨垃圾厌氧产酸研究进展及问题

1.4 高浓度氮磷回收技术研究及进展

1.4.1 以鸟粪石结晶回收氮磷

1.4.2 以蓝铁矿结晶回收磷

1.5 课题研究内容、技术路线以及创新点

1.5.1 课题的研究内容

1.5.2 课题的技术路线

1.5.3 课题的创新点

第2章 试验材料与方法

2.1 试验材料与仪器

2.1.1 试验材料与药剂

2.1.2 试验仪器设备

2.2 试验方法

2.2.1 MAP法试验方法及药剂配制

2.2.2 Vivianite结晶法试验方法及药剂配制

2.3 试验指标检测方法

2.3.1 磷的检测

2.3.2 Fe2+的检测-邻菲啰啉法

2.3.3 鸟粪石沉淀的检测

2.3.4 Vivianite沉淀的检测

2.3.5 VFAs的检测

2.3.6 其他检测指标及方法

第3章 MAP法回收磷试验结果分析

3.1 餐厨垃圾废水性质

3.2 pH的影响

3.3 Mg/P比的影响

3.4 氨氮浓度的影响

3.5 反应时间的影响

3.6 温度的影响

3.7 本章小结

第4章 MAP法同时回收氮磷试验结果分析

4.1 试验方法

4.2 Mg/N比的影响

4.3 P/N比的影响

4.4 鸟粪石结晶法回收氮磷沉淀成分分析

4.4.1 SEM、EDS检测成分分析

4.4.2 XRD检测成分分析

4.5 鸟粪石产量计算

4.5.1 EDS元素分析

4.5.2 鸟粪石纯度及产量计算

4.6 餐厨垃圾废水回收氮磷前后变化情况

4.7 本章小结

第5章 蓝铁矿回收磷试验结果分析

5.1 试验概况

5.2 餐厨垃圾废水水质概况

5.3 试验及检测方法

5.3.1 试验方法

5.3.2 检测方法

5.4 餐厨垃圾废水回收磷试验研究

5.4.1 pH的影响

5.4.2 Fe盐投加量的影响

5.4.3 反应时间的影响

5.4.4 温度的影响

5.4.5 S2-的影响

5.5 餐厨垃圾废水回收磷沉淀成分分析

5.5.1 SEM、EDS检测成分分析

5.5.2 XRD检测成分分析

5.6 蓝铁矿产量计算

5.6.1 EDS元素分析

5.6.2 蓝铁矿纯度及产量计算

5.7 本章小结

结论

建议

参考文献

致谢