超聲強(qiáng)化MAP結(jié)晶協(xié)同A-O交替運(yùn)行生物濾池除磷試驗(yàn)研究.pdf

1、磷是一種不可再生的有限資源，由于過(guò)度開(kāi)采和使用，正逐漸面臨枯竭。與此同時(shí)，人類活動(dòng)所產(chǎn)生的大量含磷廢水，又導(dǎo)致了水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問(wèn)題。所以，研究開(kāi)發(fā)新型廢水除磷技術(shù)，有效地去除并回收廢水中的磷，是解決當(dāng)下磷資源匱乏和水環(huán)境污染等問(wèn)題的關(guān)鍵。結(jié)晶法可以有效的去除和回收廢水中的磷，但由于結(jié)晶過(guò)程復(fù)雜，反應(yīng)條件不易控制，特別是對(duì)于低濃度含磷廢水的處理，結(jié)晶困難，處理效率低下。超聲是近來(lái)在水處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的新技術(shù)，不僅能促進(jìn)水中難降解污

2、染物的分解，還對(duì)結(jié)晶反應(yīng)有一定的促進(jìn)作用。因此，本課題擬利用超聲的結(jié)晶促進(jìn)效應(yīng)，在前期廢水除磷研究工作的基礎(chǔ)上，探索開(kāi)發(fā)一種超聲強(qiáng)化結(jié)晶協(xié)同生物濾池去除和回收磷的新工藝，為廢水除磷理論和工藝研究提供參考。
　　課題首先自主設(shè)計(jì)、組裝了用于測(cè)定磷酸銨鎂結(jié)晶反應(yīng)特征參數(shù)的試驗(yàn)裝置，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究了磷酸銨鎂基本結(jié)晶特性，考察了超聲作用對(duì)磷酸銨鎂結(jié)晶特性和除磷效能的影響。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了A/O交替運(yùn)行鋼渣基復(fù)合濾料生物濾池工藝系統(tǒng)，

3、全面考察其對(duì)氮磷等污染物的去除效能和生物-結(jié)晶協(xié)同除磷特性，探討進(jìn)水鎂磷比和超聲強(qiáng)化結(jié)晶對(duì)生物濾池工藝系統(tǒng)去除氮磷等污染物的協(xié)同作用效果，并通過(guò)PCR-DGGE技術(shù)分析生物濾池的微生物種群結(jié)構(gòu)特征及演替規(guī)律，得到主要研究結(jié)論如下:
　　研究結(jié)果表明，提高pH值和降低反應(yīng)溫度可降低磷酸銨鎂在水溶液中的溶解度和超飽和度，壓縮磷酸銨鎂的結(jié)晶介穩(wěn)區(qū)寬度;同時(shí)，提高pH值，可以明顯地縮短磷酸銨鎂的結(jié)晶誘導(dǎo)期，提高磷酸銨鎂的結(jié)晶反應(yīng)速率。

4、r>　　當(dāng)超聲功率從150w提高到350w時(shí)，磷酸銨鎂的結(jié)晶介穩(wěn)區(qū)寬度逐漸變窄，結(jié)晶誘導(dǎo)期也隨之逐漸縮短，結(jié)晶反應(yīng)速率明顯提高，且在超聲條件下形成的結(jié)晶產(chǎn)物較不施加超聲更大、更均勻，形貌更完整。
　　在磷濃度3mmol/L，pH值9.5，反應(yīng)時(shí)間10min，攪拌強(qiáng)度200r/min，鎂磷比2.5∶1，氮磷比3∶1的反應(yīng)條件下，磷酸銨鎂結(jié)晶除磷效果最優(yōu)，去除率達(dá)到95％以上，出水磷濃度低于0.5mg/L;在磷濃度為3mmol/L，P

5、∶Mg∶N為1∶2∶2.5的優(yōu)化結(jié)晶反應(yīng)條件下，增加超聲功率和延長(zhǎng)超聲時(shí)間對(duì)磷酸銨鎂結(jié)晶除磷的影響不明顯。
　　A/O交替運(yùn)行生物濾池系統(tǒng)首先通過(guò)單級(jí)曝氣自然掛膜啟動(dòng)，然后A/O交替運(yùn)行。在單池HRT2h，交替時(shí)間為48h，進(jìn)水磷濃度9～11mg/L，氨氮濃度35～40mg/L，COD250～350mg/L的運(yùn)行條件下，A/O交替生物濾池對(duì)氨氮去除率高達(dá)95％，出水氨氮濃度低于0.5mg/L;對(duì)COD的去除率在80％以上，出水CO

6、D濃度約為50mg/L;對(duì)磷的去除為40％～60％，出水磷濃度最低為3mg/L。
　　研究發(fā)現(xiàn)，由于鋼渣基復(fù)合濾料能夠釋放鈣鎂等離子和堿度，同時(shí)聚磷菌的厭氧釋磷效應(yīng)又提高了A/O交替運(yùn)行生物濾池厭氧運(yùn)行時(shí)的磷濃度，在濾料表面誘導(dǎo)形成了白色富磷結(jié)晶產(chǎn)物，表現(xiàn)出了明顯的生物-結(jié)晶協(xié)同除磷特征，產(chǎn)物為以羥基磷灰石為主的復(fù)合磷酸鹽化合物。
　　當(dāng)進(jìn)水鎂磷比由1∶1增加到2∶1時(shí)，生物濾池厭氧運(yùn)行時(shí)對(duì)氨氮的去除率由13％～17％提高到

7、20％～26％;同時(shí)厭氧出水磷濃度由17～26mg/L降低到14～19mg/L，說(shuō)明提高進(jìn)水鎂磷比可以強(qiáng)化厭氧濾床的結(jié)晶除磷。
　　在鎂磷比為1∶1的進(jìn)水條件下，施加功率為150w的超聲，可有效促進(jìn)結(jié)晶反應(yīng)，使氨氮和磷的去除率分別達(dá)到23％～31％和21％～30％;但是繼續(xù)提高進(jìn)水鎂磷比，超聲強(qiáng)化效果不明顯。超聲對(duì)COD的強(qiáng)化去除作用明顯，去除率在35～46％之間，占整個(gè)系統(tǒng)COD去除率的一半左右。
　　提高進(jìn)水Mg2+濃度

8、和施加超聲后，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，濾料表面富集晶體越來(lái)越多。EDS表征發(fā)現(xiàn)，晶體中鎂成分含量隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)逐漸升高，說(shuō)明提高進(jìn)水Mg2+濃度和超聲強(qiáng)化，對(duì)結(jié)晶反應(yīng)有明顯的促進(jìn)作用。
　　A/O交替運(yùn)行生物濾池系統(tǒng)不同階段生物膜微生物種群分析結(jié)果表明，A/O交替過(guò)程中生物種群豐度較單級(jí)曝氣階段有明顯降低;隨著A/O交替運(yùn)行時(shí)間的增加，微生物種群的多樣性有一定程度的恢復(fù)。但是提高進(jìn)水Mg2+濃度和施加超聲，微生物種群的多樣性有一定程