基于高铁酸盐氧化的污泥碳源回用及同步脱氮除磷技术研究

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城市污水处理过程中碳源不足所引发的问题日益凸显,而污泥的减量化、资源化处理也备受人们关注。采用物理、化学等方法破解污泥,使有机物溶出,并将有机物作为补充碳源使用成为目前研究的热点。伴随有机物的溶出,氮、磷同时释放,使得污泥碳源回用时氮、磷负荷增加,系统出水存在氮、磷超标的风险。因此,本文使用复合高铁酸盐溶液(Composite Ferrate Solution,CFS)破解污泥,利用高铁酸盐的化学性质在氧化破解污泥过程中实现同步除磷,并将污泥破解液作为碳源回用,考察其污泥减量及脱氮除磷效能。首先,采用单因素实验研究了影响高铁酸钾除磷的主要因素,并考察了回调p H对除磷效果的影响。实验结果显示最佳反应条件为原水p H=2,Fe/P=5,反应时间5min,反应完成后C/C0≦0.1。水中NH4+及离子强度促进高铁酸钾除磷,腐殖酸对高铁酸钾除磷的作用受p H影响;回调p H能起到强化除磷的效果,回调p H=2时C/C0=0.013,通过改变p H能达到强化除磷的目的。采用CFS破解污泥能够兼顾有机物溶出和除磷,最佳反应条件下ΔVSS/VSS>60%,DDSCOD≈26%,反应完成后回调p H=4~8,除磷率≈60%。p H能够影响氢氧化铁表面zeta电位、铁磷归趋以及沉积物中磷的形态进而影响除磷效果。回调p H有利于提高Fe(Ⅲ)及其化合物的除磷效果,增加固相中的磷所占比例,p H过低导致金属氧化物离子化,与之结合的磷释放造成磷去除率降低。通过NUR实验和厌氧释磷实验深入研究了CFS污泥破解液的脱氮除磷效能。实验结果表明CFS污泥破解液是一种良好的脱氮除磷碳源,其C/N=26.36,C/P=63.80,以SCOD计Ss占比为31.82%,v DN=4.07mg?(g VSS?h)-1,PDN=0.13g N?(g COD)-1,比较结果显示CFS污泥破解液的脱氮效能优于葡萄糖及食品工业废水,略低于乙酸钠与破解污泥发酵液;厌氧释磷实验显示CFS污泥破解液的除磷效能与乙酸钠相近。将CFS氧化破解污泥同步除磷、污泥碳源回用与AAO工艺联合组成CFS-AAO工艺,该工艺以剩余污泥破解液作为补充碳源强化脱氮除磷。与AAO工艺相比,CFS-AAO工艺运行过程中剩余污泥排放量减少34.09%,出水TN由7.89mg·L-1降至4.93mg·L-1,出水TP由0.38mg·L-1降至0.22mg·L-1,物料衡算结果表明进水中增加的有机物被反硝化菌和聚磷菌利用。
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