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通过污泥酸化和脱水回收磷

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污泥样品倒入烧杯

Cejna安娜Quist-Jensen1,莉丝贝Wybrandt1,HanneLøkkegaard.2塞巴斯蒂安·布赫·安东森(Sebastian Buch Antonsen)说2和Morten Lykkegaard Christensen1*

1奥尔堡大学,Fredrik Bajers Vej 7H, 9220奥尔堡Ø,丹麦
2丹麦技术研究所,Kongsvang Allé 298000奥胡斯C,丹麦
*通讯作者:mlc@bio.aau.dk

剥落的厌氧和好氧污泥样品的试验规模丹麦磷萃取研究表明,即使消化的污泥碱度增加了总酸性需求,也揭示了从厌氧污泥更有效的去除

1.介绍

目前,从废水中回收和再利用磷(P)被认为只适用于消化或脱水操作的回流液。然而,也可以通过酸化直接从污泥中提取。

P在污泥中以不同形式存在,即:

  • 化学束缚
  • 有机束缚
  • 聚磷生物(PAOs)中的聚磷。

80%以上的磷可以通过酸化溶解,具体取决于污泥类型,如已消化的、未消化的、初级的、WAS等。未消化污泥中的磷浓度较低,释放的磷较少,但消化污泥的碱性较高,提取磷所需的硫酸浓度较高。

在接下来的研究中,基于中试规模的研究,对消化污泥和未消化污泥进行了酸提取磷回收试验。

2.材料和方法

从三个丹麦废水处理厂取样污泥(表1):

  • 兰德斯污水处理厂采用氯化铁投加和生物除磷两步法
  • 科灵污水处理厂,采用生物(PAOs)和化学过程
  • Haderslev污水处理厂采用单步活性污泥法(ASP),氯化铁投加生物除磷。
表1. WWTP网站
参数 兰德斯 柯林 哈德斯列夫2

1消化(中温)和离心脱水污泥
2进口10家小型污泥厂;与1°级沉淀污水混合,采用ASP

容量,p.e。 160,000 125000年 56,000
%操作能力 50% 72%
p in,mg / l 6.78 6.20 7.75
P, mg / L 0.42 1.03 0.45
污泥成分
干物质,DM,G / kg污泥1 27.1±0.7
碱度,mgCaCO3./升(meq/L) 6400−6800(128−136)
S含量,gS/kg DM 11.2
广告条件 不习惯
污泥来源 1°和2°
荷尔蒙替代疗法, 33−37 30
聚合物 BOFLOC D 6264 K. 尼罗普兰CE1587 Praestol K232L

1米3.在这些地点建立了用于污泥酸化的中试装置(36% H2所以呢4)使用螺旋压力机(SP)(图1)分离。在Randers和Kolding位点,在调整后的pH值为2,3和4的测试,以及不酸化的参考测试,而在HADERSLEV下使用单一pH值3。在兰德斯四次额外的实验,在PH 3进行,更详细地探讨该过程。参考试验在脱水阶段之前使用在每个位点上使用的聚合物试剂,而更适合于普遍的低pH病症的聚合物用于酸化污泥样品。

图1.中试装置示意图,显示采样点(#1−6)
图1.中试装置示意图,显示采样点(#1−6)
图1.试验厂原理图,指示采样点(#1-6)

作用试验显示酸化反应器以达到平衡pH的最佳反应时间,揭示了30分钟。在反应器中加入约400毫升的消泡剂以抑制由于酸化的影响而抑制泡沫形成。

酸化后对污泥进行聚合物絮凝脱水处理,并连续监测SP滤液和脱水污泥饼的质量流量。SP滤液经转鼓筛过滤至200µm,去除多余有机物。在工艺处理方案的6个采样点测量总磷(TP)、正磷酸盐(OP)和干物质(DM),以及电导率和金属含量(Fe、Ca和Mg)(图1)。

结果

对三个地点的污泥进行分析(表2)表明,Haderslev未消化的污泥的电导率、OP和溶解磷浓度比其他两个地点消化的污泥样品低得多。考虑到消化对有机磷酸盐降解和随后无机磷酸盐释放的影响,这是可以预料到的。

表2。原生污泥和酸化污泥的组成及理化性质
参数 兰德斯 柯林 哈德斯列夫

*酸化污泥

干物质 35.9±0.6克/千克 21.30±0.05克/千克 22.7 g / kg
有机质含量 56.3±0.6% 64.0±0.7% 65.6%
总磷、TP 38.1±0.4 g / kg DM 21.6±0.9克/千克干物质 28.7克/公斤DM
正磷酸盐,人事处 2.3±0.5 g / kg DM 2.1±0.6克/千克干物质 0.2克/公斤DM
溶解磷酸盐 6% 10% 0.6%
酸碱度 7.2±0.1 7.10±0.01 7.01
导电性 8.4±0.3 ms / cm 6.65±0.03毫秒/厘米 1.3 mS /厘米
电导率*(pH 2) n、 d。 12±2 ms / cm n、 d。
电导率*(pH 3) 13.0±0.5 mS /厘米 8.5±1.0 ms / cm 3.3±0.2 ms / cm
电导率* (pH值4) n、 d。 8.2±0.0 mS /厘米 n、 d。
温度 24±1摄氏度 27.0±0.4°C 15.4摄氏度
氧化还原电位 -210±10 mV n、 d。 n、 d。
氧化还原电位*(pH3) 10±20 mV n、 d。 n、 d。

与Kolding和Haderslev相比,Randers的污泥对硫酸的需求更高(图2a)。对于被消化的污泥,大部分酸被碳酸盐含量消耗;在兰德斯,碱度等于pH值为4时所需酸的75%,pH值为3时为51%,pH值为2时为43%。如预期的那样,酸化后电导率增加。

图2a。消耗36%H2SO4
图2a。消耗36%H2SO4
图2A。消耗36%H2SO4
图2b.%酸化后测量的正磷酸盐释放(开放符号)和SP滤液水中测量的正磷酸盐释放(封闭符号)
图2b.%酸化后测量的正磷酸盐释放(开放符号)和SP滤液水中测量的正磷酸盐释放(封闭符号)
图2b.%酸化后测量的正磷酸盐释放(开放符号)和SP滤液水中测量的正磷酸盐释放(封闭符号)

在兰德斯,比例污泥溶解的P水平(作为OP)在酸化之前的8%增加到pH 3(图2b)的75%(图2b),而Kolding的类似趋势相比,酸化的酸化的更有限的影响相比污泥样品(19%在pH 3时释放为OP)。这证明了厌氧消化过程有机锰矿化的益处。乐动时时彩乐动appb在脱水之后,注意到污泥蛋糕中的一些损失。所需的酸剂量在175至225摩尔之间,每公斤释放的OP为所有三个位点维持3的pH。

聚合物定量液后酸化污泥的脱水产生了20-40%DM(图3A)的滤饼,略高于不酸化的值。未处理污泥的DM含量在兰德斯和KOLDING样品中以24-25%测量,表明酸化污泥脱水性的增加。

图3a。泥饼DS含量(样品4)
图3a。泥饼DS含量(样品4)
图3。泥饼DS含量(4号样品)
图3 b。螺杆压滤液(样品#3),打开符号和后处理(样本#5),填充符号
图3 b。螺杆压滤液(样品#3),打开符号和后处理(样本#5),填充符号
图3 b。螺杆压滤液(样品#3),打开符号和后处理(样本#5),填充符号
图3 c。金属浓度,Randers,后酸化(样品#2)
图3 c。金属浓度,Randers,后酸化(样品#2)
图3 c。金属浓度,Randers,后酸化(样品#2)

酸化后SP滤液DM含量增加(图3b),表明脱水效率降低。这反映了絮凝体在消化过程中的降解,产生较小的有机颗粒和溶解物质,这些物质没有絮凝,随后通过脱水去除。然后产生浑浊的SP滤液(图4);通过引入后处理转鼓过滤(RDF),发现SP滤液中DM被去除了大约一半,同时也去除了10-30%的P。

图4所示。SP滤液和酸化污泥样品
图4所示。SP滤液和酸化污泥样品
图4.SP滤液和酸化污泥样品

随着pH值的降低,Randers污泥样品中铁(Fe)和镁(Mg)的释放量增加,而钙的浓度下降(图3c)。钙水平的下降可能是由于其他阴离子(如硫酸盐)在低pH值下与钙沉淀的释放。

由于RANDERS污泥记录了最大的P释放(图2A),使用该来源在pH 3处进行四个另外的导级实验。在酸化期间36%H±4千克/小时2所以呢4在SP脱水之前加入了140kg / h的絮凝剂溶液。

表3.从Randers WWTP的四种试验级测试中获得的平均流量和浓度从randers wwtp的污泥
示例网站: 1)原始 2)酸化 3) SP滤液 4) 滤饼(螺旋压力机) 5) RDF滤液 6)滤饼(滚筒过滤器)

TP总磷;OP正磷酸盐;TS总固体量

流(公斤/ y) 875±20 900±30 960±20. 83±3 770±20 210±20
DM(克/公斤) 36±2 47±1 17.6±0.7 264±2 17.2±0.5 23±3
总磷(mg/kg) 1380±40 1410±80 1060±40 3200±300 990±30 1140±100.
OP(mg / kg) 80±40 950±80 790±90 n、 d。 890±60 n、 d。
TS(饲料百分比) 42% 55% 33% 12%
TP(饲料百分比) 80% 21% 60% 19%
OP(百分比TP) 5.8% 68% 60% 54%

结果显示,68%的TP通过酸化(表3)被释放(表3),其中一些脱水后滤饼损失。补充下游RDF工艺在最终滤液中提供54%的入口P含量的总回收率。

4.讨论

对于已消化和未消化的污泥,每千克OP释放大约需要200摩尔硫酸。消化污泥样品中的磷大部分来自磷酸钙和磷酸铁。由于碳酸盐含量(即碱度),消化污泥比未消化污泥需要更浓的硫酸,但也产生了磷的释放增加。

对于兰德斯消化的污泥,与来自Haderslev的未消化的污泥相比,需要六次硫酸降低pH至3。然而,在将pH降低至3时,可以从消化的污泥中提取50-70%的磷,而仅从未消化的污泥中释放20%。然后将一些释放的OP从螺旋压榨机(SP)脱水(图5)丢失了蛋糕产品流。

图5所示。流量和负荷,通过酸化从消化污泥中提取磷
图5所示。流量和负荷,通过酸化从消化污泥中提取磷
图5所示。流量和负荷,通过酸化从消化污泥中提取磷

酸化过程中释放出大量气体,主要是CO2还有一些H2这产生的泡沫需要使用消泡剂,增加了操作成本。机械破泡器或喷水可能是可行的降低这一成本。

酸化污泥被絮凝并在螺旋压机(SP)中分离。可以使DM蛋糕含量高于8%高于不酸化产生的等效饼的10%。酸化消化污泥的高导电率没有显着损害絮凝,尽管在酸化之后,DM的大部分最终在液相中,可能是由于絮凝崩解。

通过增加DM饼的含量(从而降低其液体含量)可以降低SP饼中P的损失比例。质量平衡表明3 - 8%的液体(和相应比例的OP)最终进入泥饼。滤饼相对于滤液的液体量取决于饲料和污泥滤饼DM。消化污泥的DM含量比未消化污泥高,因为污泥在消化前进行了浓缩。因此,消化污泥中OP的损失最大。

当pH值从4降至2时,SP滤液中的DM含量增加。这在Randers污泥中最为明显,在pH值为4时,滤液中的DM比例从40%增加到pH值为2时的80%。这可归因于絮体崩解和随后的有机物释放。通过补充转鼓过滤(RDF),SP滤液中的DM含量可降低至50%,并将此步骤产生的有机富碳滤饼导入消化池。在pH值为~3时,磷萃取结合有限的DM-co去除效果最佳。

结论

污泥酸化提高了脱水后滤液中正磷酸盐的浓度。通过对丹麦三个不同污水处理厂的污泥样品进行酸浸法回收磷的一系列中试,消化后的污泥提供了最高的磷释放量。这是以较高的消化污泥碱度水平导致的相对较高的酸消耗为代价的。酸化脱水污泥干物质含量较高(20%)−40%),滤液中的DM含量随着pH值的降低而增加。通过引入额外的分离步骤,大约一半的滤液DM可以被去除。提取磷的最适pH值为~3,溶解率高达68%。部分释放的正磷酸盐随着滤饼的流失而流失,最终滤液中的磷回收率高达污泥原始总磷含量的60%。

确认

本文摘自:

Quist Jensen,C.A.,Wybrandt,L.,Løkegaard,H.,Antonsen,S.B.,和Christensen,M.L.(2020年)。污泥酸化脱水回收磷中试研究,环境技术41(22) 2928−2934

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此页面最近更新于2021年6月14日

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