吸附—解吸法回收废弃活性污泥中的磷

论文摘要

磷在自然界中几乎是单向循环的,全球磷矿资源预计在未来的100年内将被开采完,而污水中和污水处理强化除磷反应器废弃污泥中含有大量的磷,经过回收处理可转变为资源。本研究以回收磷资源为目的,采用加热、超声破碎的方法消解废弃活性污泥,使污泥中的磷释放到水溶液中。再以FeCl3为原料制备水合氧化铁吸附剂,通过吸附-解吸过程从污泥消解液中回收磷资源。考察了加热及超声破碎污泥释放磷的条件以及水合氧化铁对废水中磷酸根的吸附-解吸性能。结果表明,通过加热和超声破碎两种方式对污泥进行消解,消解液中的磷均以正磷酸盐为主;加热温度的高低只能改变污泥中磷释放的平衡时间,温度越高达到平衡越快,但并不能增大污泥中磷的释放率,不同温度下加热足够时间磷释放率都在60%左右;酸性条件下（投加磷酸）加热污泥进行强化消解,能够明显提高污泥对磷的释放率,最终释放率可以达到90%以上。显微镜观察显示单纯的加热并没有破坏污泥中微生物的基本形态,而酸性条件下加热则可以使微生物细胞破碎完全。超声消解1 h消解液中磷的浓度基本达到平衡;pH越高,细胞越易于破碎,磷的释放率越大,而单次辐射时间对破碎率的影响不大。利用水合氧化铁吸附磷酸根,随着溶液pH的降低,水合氧化铁对磷酸根的吸附能力不断提高,其吸附动力学曲线符合二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir吸附模型。被吸附的磷酸根在5%的NaOH溶液中进行解吸,解吸率大于98%。解吸率与单位水合氧化铁的吸附饱和程度没有相关性。利用水和氧化铁对污泥消解液进行吸附-解吸,磷的回收率在80%以上。本研究中利用水合氧化铁直接对大连某城市污水处理厂污泥浓缩池上清液进行磷回收实验,结果表明:该工艺对磷的回收率大于90%。根据实验结果设计了城市污水中磷去除和回收工艺流程,该流程包括:吸附过程,解吸再生过程,富磷解吸液中磷回收等过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 磷污染及除磷方法介绍
• 1.1.1 水体中的磷
• 1.1.2 水体富营养化
• 1.1.3 国内外废水中磷的排放标准
• 1.1.4 废水中磷脱除方法介绍
• 1.2 磷资源回收的背景及方法介绍
• 1.2.1 自然界的磷循环及磷的用途介绍
• 1.2.2 再生磷资源的来源
• 1.2.3 污水中磷的回收方法
• 1.2.4 污泥中磷的回收方法
• 1.5 主要研究内容
• 2 材料与方法
• 2.1 实验前期大连市各污水处理厂废水及污泥中磷含量的调研
• 2.2 实验污泥来源
• 2.3 磷的测定方法
• 2.3.1 污水中磷的测定
• 2.3.2 污泥中磷的测定
• 2.4 加热法消解污泥实验方法
• 2.5 超声破碎消解污泥实验方法
• 2.6 污泥发酵产甲烷实验方法
• 2.7 发酵产气中甲烷的测定
• 2.8 水合氧化铁吸附-解吸磷酸根实验方法
• 2.8.1 静态吸附实验方法
• 2.8.2 静态解吸实验方法
• 2.9 实验仪器
• 3 加热法消解污泥释放磷条件的考察与优化
• 3.1 加热温度对释磷量的影响
• 3.2 盐酸浓度对磷释放量的影响
• 3.3 投加2%盐酸条件下，温度对污泥中磷释放量的影响
• 3.4 加热前后污泥细胞形态变化
• 3.5 加热消解后剩余污泥发酵产甲烷实验研究
• 3.6 本章小结
• 4 超声法消解污泥释放磷条件优化
• 4.1 不同破碎方式对破碎效果的影响
• 4.2 超声波辐射时间对磷释放效果的影响
• 4.3 污泥悬浊液pH值对污泥释磷的影响
• 4.4 不同脉冲方式对污泥释磷效果的影响
• 4.5 本章小结
• 4.6 加热法与超声破碎释磷效果比较
• 5 水合氧化铁对磷资源回收的性能考察
• 5.1 水合氧化铁的制备方法
• 5.2 吸附剂SEM表征
• 5.3 pH值对吸附容量的影响
• 5.4 吸附平衡时间，吸附动力学
• 5.5 吸附等温线
• 5.6 解吸平衡时间的确定
• 5.7 不同浓度的NaOH对解吸率的影响
• 5.8 吸附量对解吸率的影响
• 5.9 连续吸附解吸对水合氧化铁性能的影响
• 5.10 NaOH回收液对吸附材料的多次解吸再生研究
• 5.11 吸附剂的IR表征
• 5.12 磷回收工艺流程设计
• 5.13 水合氧化铁对实际废水静态吸附研究
• 5.14 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢