超声强化MAP结晶协同A/O交替运行生物滤池除磷试验研究
磷是一种不可再生的有限资源，由于过度开采和使用，正逐渐面临枯竭。与此同时，人类活动所产生的大量含磷废水，又导致了水体富营养化等环境问题。所以，研究开发新型废水除磷技术，有效地去除并回收废水中的磷，是解决当下磷资源匮乏和水环境污染等问题的关键。结晶法可以有效的去除和回收废水中的磷，但由于结晶过程复杂，反应条件不易控制，特别是对于低浓度含磷废水的处理，结晶困难，处理效率低下。超声是近来在水处理领域得到广泛应用的新技术，不仅能促进水中难降解污染物的分解，还对结晶反应有一定的促进作用。因此，本课题拟利用超声的结晶促进效应，在前期废水除磷研究工作的基础上，探索开发一种超声强化结晶协同生物滤池去除和回收磷的新工艺，为废水除磷理论和工艺研究提供参考。 课题首先自主设计、组装了用于测定磷酸铵镁结晶反应特征参数的试验装置，通过实验室试验研究了磷酸铵镁基本结晶特性，考察了超声作用对磷酸铵镁结晶特性和除磷效能的影响。在此基础上，构建了A/O交替运行钢渣基复合滤料生物滤池工艺系统，全面考察其对氮磷等污染物的去除效能和生物-结晶协同除磷特性，探讨进水镁磷比和超声强化结晶对生物滤池工艺系统去除氮磷等污染物的协同作用效果，并通过PCR-DGGE技术分析生物滤池的微生物种群结构特征及演替规律，得到主要研究结论如下: 研究结果表明，提高pH值和降低反应温度可降低磷酸铵镁在水溶液中的溶解度和超饱和度，压缩磷酸铵镁的结晶介稳区宽度;同时，提高pH值，可以明显地缩短磷酸铵镁的结晶诱导期，提高磷酸铵镁的结晶反应速率。 当超声功率从150w提高到350w时，磷酸铵镁的结晶介稳区宽度逐渐变窄，结晶诱导期也随之逐渐缩短，结晶反应速率明显提高，且在超声条件下形成的结晶产物较不施加超声更大、更均匀，形貌更完整。 在磷浓度3mmol/L，pH值9.5，反应时间10min，搅拌强度200r/min，镁磷比2.5∶1，氮磷比3∶1的反应条件下，磷酸铵镁结晶除磷效果最优，去除率达到95％以上，出水磷浓度低于0.5mg/L;在磷浓度为3mmol/L，P∶Mg∶N为1∶2∶2.5的优化结晶反应条件下，增加超声功率和延长超声时间对磷酸铵镁结晶除磷的影响不明显。 A/O交替运行生物滤池系统首先通过单级曝气自然挂膜启动，然后A/O交替运行。在单池HRT2h，交替时间为48h，进水磷浓度9～11mg/L，氨氮浓度35～40mg/L，COD250～350mg/L的运行条件下，A/O交替生物滤池对氨氮去除率高达95％，出水氨氮浓度低于0.5mg/L;对COD的去除率在80％以上，出水COD浓度约为50mg/L;对磷的去除为40％～60％，出水磷浓度最低为3mg/L。 研究发现，由于钢渣基复合滤料能够释放钙镁等离子和碱度，同时聚磷菌的厌氧释磷效应又提高了A/O交替运行生物滤池厌氧运行时的磷浓度，在滤料表面诱导形成了白色富磷结晶产物，表现出了明显的生物-结晶协同除磷特征，产物为以羟基磷灰石为主的复合磷酸盐化合物。 当进水镁磷比由1∶1增加到2∶1时，生物滤池厌氧运行时对氨氮的去除率由13％～17％提高到20％～26％;同时厌氧出水磷浓度由17～26mg/L降低到14～19mg/L，说明提高进水镁磷比可以强化厌氧滤床的结晶除磷。 在镁磷比为1∶1的进水条件下，施加功率为150w的超声，可有效促进结晶反应，使氨氮和磷的去除率分别达到23％～31％和21％～30％;但是继续提高进水镁磷比，超声强化效果不明显。超声对COD的强化去除作用明显，去除率在35～46％之间，占整个系统COD去除率的一半左右。 提高进水Mg2+浓度和施加超声后，随着运行时间的延长，滤料表面富集晶体越来越多。EDS表征发现，晶体中镁成分含量随着运行时间延长逐渐升高，说明提高进水Mg2+浓度和超声强化，对结晶反应有明显的促进作用。 A/O交替运行生物滤池系统不同阶段生物膜微生物种群分析结果表明，A/O交替过程中生物种群丰度较单级曝气阶段有明显降低;随着A/O交替运行时间的增加，微生物种群的多样性有一定程度的恢复。但是提高进水Mg2+浓度和施加超声，微生物种群的多样性有一定程度的降低。整个运行阶段微生物种群主要以变形菌门（Proteobacteria）为主，优势种群以具有氨氧化作用和聚磷作用的微生物种群组成。
低浓度含磷废水;生物滤池工艺;磷酸铵镁;结晶反应;超声作用
济南大学
硕士
土木工程
邱立平
2015
中文
X703.1
107
2016-03-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）