磷是一种在自然界中不可再生且不可替代的重要资源,磷资源的回收利用研究具有重要的实际意义。生物脱氮除磷是当前废水处理的主流工艺,但是其除磷的主要产物富磷污泥的处置和利用尚存在诸多问题。结晶法除磷具有很好的磷回收潜力,因此,如果探索研究最优化的污泥破解方法,以实现对富磷污泥中的氮磷的高效释放,再进而通过结晶法对污泥破解后的磷资源进行回收,可以实现磷元素资源化回收的目的。因此,本文拟在系统分析典型强化生物除磷工艺富磷污泥基本特性的基础上,探讨不同强化处理条件下富磷污泥的氮磷释放规律,研究开发富磷污泥强化释磷及磷结晶反应器,考察其结晶除磷及磷回收效果,以期为研究开发新型除磷及磷回收工艺技术提供新的参考。本文首先对EBPR(强化生物除磷工艺)产生的富磷污泥基本性质进行了调查分析,主要包括光大水务济南二厂(A/A/O工艺)、临沂市临沂大学城污水处理厂(CAST工艺)和德州齐河污水处理厂(氧化沟工艺)。在此基础上,研究考察了常规条件下(静置/搅拌)和物理化学强化破解处理(热解、碱解、酸解)对典型除磷工艺富磷污泥的破解效果及氮磷释放基本规律,分析了不同污泥破解技术的最佳工艺条件。同时,利用FLUENT软件对模拟磷回收反应器的流态进行了对比分析,提出了磷回收反应器的最佳运行模式和运行参数,为磷回收反应器优化设计和制备提供了依据。利用自制的磷回收反应器,考察了不同进水pH值条件下富磷污泥破解处理出水的结晶除磷和磷回收效果,并通过XRD和EDS扫描电镜对结晶产物进行了表征和分析。研究结果表明,随着静置时间的延长,典型EBPR富磷污泥破解释放的磷、氮浓度均而随之增加。而搅拌处理对不同EBPR工艺的富磷污泥有不同的破解效果,当搅拌速度为100 r/min时,更有利于A/A/O工艺和氧化沟工艺的富磷污泥中磷的释放;而对于CAST工艺的富磷污泥,200 r/min的搅拌速度更有利于磷释放。富磷污泥破解释放上清液中的正磷酸盐浓度、总磷浓度和氨氮浓度均与热解温度和热解时间有关。A/A/O工艺、CAST工艺和氧化沟工艺富磷污泥在最佳热解条件分别为热解温度为50℃热解8h、热解温度为60℃热解6h、热解温度为40℃热解4h,此时污泥破解释放的上清液中正磷酸盐浓度分别为13.55 mg/L,10.41 mg/L,86.95 mg/L。富磷污泥碱解处理上清液中的正磷酸盐浓度、总磷浓度和氨氮浓度均随着碱解时间的延长而不断提高。研究发现当pH值为12或12.5时更有利于正磷酸盐的释放。富磷污泥酸解处理过程中,污泥破解效果随着酸解pH值的降低而升高,在酸解pH为3时,A/A/O工艺、CAST工艺和氧化沟工艺的富磷污泥可以达到最大正磷酸盐释放浓度,依次为3.87 mg/L、10.95 mg/L和76.88 mg/L。利用FLUENT软件对模拟磷回收反应器的流态进行了对比分析,发现上部进水的方式更有利于流速控制;进水高度为0.05 m时,反应器内部流态更有利于磷酸铵镁晶体的形成、沉淀;在进水、药流速比为10:1对反应器内部流速分布基本无影响,同时该流速比可以节约运行成本、减少运行负荷。据此提出了磷回收反应器的最佳运行模式和运行参数,并设计制备了磷回收模型反应器。试验用模型反应器采用蠕动泵进水进药和控制进水、药的流速比,试验用水为模拟A/A/O、CAST和氧化沟三种不同EBPR的富磷污泥消解反应上清液。通过上部进水方式进水,进水进药流速比为10:1,陈化时间为0.5 h。停止进水后,通过真空泵对反应产生的结晶产物提取并进行表征。在进水n(P):n(Mg)=1:1的条件下,通过反应器实际运行对各工艺破解的污泥上清液中的磷氮资源进行回收,AAO工艺、CAST工艺和氧化沟工艺富磷污泥消解液的磷回收率分别达到35.47%、11.54%和58.79%。通过对结晶产物进行SEM、SEM-EDS、XRD表征分析,发现产物中存在磷酸铵镁晶体。在反应器实际运行实验中还发现,提高进水pH值可以提高污泥释磷上清液的磷、氮回收率。当pH值从7.0提高到10.0,进水正磷酸盐浓度分别为40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L和100 mg/L,n(P):n(Mg):n(N)=1:1:1时,磷回收率分别从4.94%、3.72%、9.47%和13.73%提高到39.55%、60.21%、72.57%和71.54%。