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微波辐射作用下城市污水处理厂污泥的氮磷释放特性-污水处理厂工艺设计-
浏览: 发布日期:2018-03-17

摘要:实验考察了常压和不高于100℃条件下城市污水处理厂污泥在微波辐射作用下的氮、磷释放特性。结果表明,微波辐射可迅速将污泥中的氮、磷释放到液相中,且不需投加任何化学药剂。当微波输入能量相同时,随污泥浓度提高,微波处理后污泥上清液中的氮、磷浓度均提高。与低功率微波辐射相比,高功率微波辐射能更为迅速地将污泥中的氮、磷释放出来。微波功率为900W时仅用时100s,污泥上清液中的总磷及总氮浓度分别从处理前的2.05和19.58mg/L迅速提高到31.46和115.10mg/L。
关键词:微波辐射;污泥;氮;磷;释放
1前言
过量的氮、磷排放是造成水体富营养化的重要原因,通常水体中的总磷浓度达0.02mg/L时,水环境的生态平衡就会遭到破坏。为了有效遏制水体富营养化,城市污水处理厂在去除污水中有机污染物的同时,也需要去除污水中的氮、磷。因此,一些具有脱氮除磷功能的污水生物处理工艺(如A2/O等)在城市污水处理厂得到了广泛应用。经过脱氮除磷污水生物处理工艺净化,城市污水中的氮一部分被转化为氮气脱除,一部分被微生物用来合成自身细胞,而磷则几乎全部转移到污泥中。生物除磷工艺产生的污泥含磷量约为4%[1],甚至高达9%以上[2]。2000年我国磷矿平均品位(P2O5)为18.713%[3],折合成磷仅为8.17%。磷是一种不可再生资源,自然界中的磷矿石储量有限。因此,城市污水处理厂产生的富磷污泥适合作为磷回收的原料,可缓解磷资源匮乏的压力。
污泥磷回收过程分为释放和回收2个阶段,其中关键因素是磷释放,即将磷从污泥(固相)释放到液相,从而为后续的磷回收奠定基础。为了将污泥中的磷迅速释放出来,以满足磷回收的需要,各国学者引入了多种物理、化学手段,如加热[4]、臭氧氧化[5]、投加酸碱[6]等。近来的研究[7−9]表明,利用密闭加压微波辐射、密闭微波辐射/过氧化氢联合作用作为磷释放手段,可取得很好的效果,但不足是需高压(最高达3MPa)和高温(最高达220℃)。因此,本研究在微波输入能量一定的情况下,考察常压和不高于100℃条件下,在微波辐射作用下污泥的氮、磷释放特性,从而为开发经济高效的污泥磷回收技术提供依据。
2实验
2.1材料与试剂
材料:实验所用污泥取自北京某采用A2/O工艺的城市污水处理厂,其特性见表1。将原污泥调节为4个浓度梯度:2001,2833,4490,6757mg/L,其特性见表2。0.45µm水相针式过滤器购自北京安普生化科技有限公司。
试剂:磷酸二氢钾、氯化铵和硝酸钾为优级纯,浓硫酸、钼酸铵、酒石酸锑钾、抗坏血酸、氢氧化钠、碘化钾、碘化汞、酒石酸钾钠、过硫酸钾和盐酸为化学纯,
表1污泥特性

表2经调节后污泥特性

以上试剂均购自北京化学试剂公司。
2.2实验装置与仪器
实验装置:JWFY-1T型微波反应器(巨龙微波能设备公司),频率2.45GHz,磁控管最大输出功率1kW,可无级调节,腔体容积25L,具有可升降搅拌装置及测温探头,磁控管开启时间可由定时装置控制。
实验仪器:鼓风干燥箱(湖北黄石医疗器械厂),循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司),高压蒸汽灭菌锅(德国H+PLabortechnik公司),紫外−可见分光光度计(日本Shimadzu公司),红外消解炉(北京市通润源机电技术有限公司)。
2.3实验及分析方法
分别取200mL污泥混合液于500mL玻璃烧杯中,置于微波反应器中,在微波输入能量(微波功率×处理时间)为定值的条件下,选择3个不同的微波功率和反应时间组合(400W×225s,600W×150s,900W×100s),考察微波作用下污泥中氮、磷的释放特性。搅拌桨转速为60r/min。测试指标包括混合液悬浮固体浓度(Mixed Liquor Suspended Solids,MLSS)、混合液挥发性悬浮固体浓度(Mixed Liquor Volatile Suspended Solids,MLVSS)、正磷酸盐、总磷、氨氮、总氮浓度,均按标准方法[10]测定。Pearson相关分析使用SPSS®11.5 for Windows。
3结果与讨论
3.1磷释放
微波处理后污泥中的磷迅速释放到上清液中。如图1所示,3个微波功率−时间组合条件下的磷释放情况较相似,随污泥浓度提高,处理后污泥上清液中的正磷酸盐及总磷浓度均有所提高。污泥浓度最高值为6757mg/L情况下,经400,600,900W微波处理后,上清液中正磷酸盐浓度分别从处理前的1.95mg/L提高到10.44,11.56和15.56mg/L,总磷浓度分别由处理前的2.05mg/L提高到28.13,31.20及31.46mg/L。相比污泥浓度为2001mg/L的样品,经不同功率微波处理后,浓度为6757mg/L(提高约3.4倍)的污泥上清液中总磷浓度分别提高了4.1,4.0及3.9倍,说明在微波处理前提高污泥浓度有利于污泥中总磷的释放。

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