电化学沉淀法从废水中回收鸟粪石的试验研究

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鸟粪石(MgNH4PO4·6H2O),是一种难溶于水的白色晶体,它含有氮、磷两种营养元素,是一种很好的缓释肥,可以在富含氮磷元素的生活污水、动物废水、污泥脱水滤液中结晶形成。形成鸟粪石是从污水中去除氮磷污染物并同时变废为宝的有效途径。从废水中以鸟粪石方式去除氮磷通常采用投加化学试剂或吹脱CO2调节pH来实现,少有采用电化学沉淀法回收鸟粪石的应用。为探讨电化学沉淀法回收鸟粪石的可行性及其实用价值,试验首先采用电解法调节pH,进行了Ⅰ、Ⅱ两个系列的试验,以确定回收鸟粪石的最优操作条件。Ⅰ试验以不锈钢网为阴极,碳棒为阳极,Ⅱ试验采用不锈钢网为阴极,镁棒为阳极;接着对A2/O工艺及电化学沉淀法与A2/O的组合工艺处理污水效果分别进行了研究。主要得出以下结论:(1)以碳棒为阳极,不锈钢网为阴极时,确定的最适电解电压为3V,最佳电解时间为2h;改换为镁棒后,确定的最适电解电压为3.6V,最佳电解时间也为2h;试验中观察到沉淀大部分富集在不锈钢网上,便于收集。(2)在电化学沉淀反应中不搅拌或低速搅拌有利于反应;温度对电解反应影响不大;低浓度Ca2+不影响沉淀反应,高浓度Ca2+不仅影响电解反应,还对鸟粪石纯度有较大影响;N:P的比例增大会促进PO43-的去除率,综合在不同氮、磷比例下PO43-及NH4+的去除率,则最佳氮、磷去除比例为N:P=2:1。(3)以镁棒作为电解反应阳极与使用碳棒作为电解阳极时处理脱水滤液效果接近,且都能得到高纯度鸟粪石。(4)在低溶解氧下单独启动A2/O工艺,系统能取得92%~97%的COD去除率,能达到74%~83%的总磷去除率,能去除62%~74%的TN及86%~90%的NH4+-N。在增设电化学沉淀装置的组合工艺中,总磷的去除率提高至96%~98%以上,平均去除率为97.2%,COD、TN、NH4+-N的去除率分别为93%~96%、69%~76%、87%~91%,且出水COD、TN、NH4+-N浓度能够稳定达标。(5)组合工艺与单独启动A2/O工艺都能对COD有较好的去除,都能稳定达标;与单独启动A2/O工艺相比,组合工艺对磷酸盐的去除有了较大的改善,出水磷浓度减少了约0.38~0.69mg/L,去除率则上升了约18.4%,出水水质也较稳定;在增设电化学沉淀装置后,出水的总氮浓度有了一定程度的下降,出水水质也能稳定达标,与单独启动A2/O工艺相比,出水总氮浓度减少了约0.17~0.31mg/L。(6)对采取传统投加试剂法、以碳棒为阳极,不锈钢网为阴极的电化学沉淀法、以及选用镁棒为阳极,不锈钢网为阴极的电化学沉淀法这三种方法处理1t污泥脱水滤液进行运营成本估算。传统药剂投加法处理1t污泥脱水滤液费用为14.19元,碳棒为阳极的电解沉淀法费用为10.15元,镁棒棒为阳极的电解沉淀法费用为10.79元。采用碳棒做阳极的电解沉淀法处理1t脱水滤液比药剂投加法节省4.04元,采用镁棒做阳极的电解沉淀法处理1t脱水滤液比药剂投加法节省3.4元。(7)通过电化学沉淀法回收鸟粪石,不仅能够减轻污水处理厂的运营成本,降低后续处理难度,且产生的高纯度鸟粪石可以用作农肥,此外利用镁做电解阳极,大大减少了操作费用,产生的沉淀大部分富集在不锈钢网上,有利于工作人员收集鸟粪石沉淀;将电化学沉淀法与其他工艺结合还能解决污水处理厂因面临污水处理排放标准升级而需改造工艺费用较大的问题。
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