鳥糞石工藝處理高濃度氮磷廢水的研究
隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高,我國氮磷污染物的排放量急劇增加。在“一控雙達(dá)標(biāo)”過程中,對有機(jī)污水特別是工業(yè)有機(jī)廢水進(jìn)行了有效治理,但對氮磷污染基本上未加控制。氮磷污染所致的水體富營養(yǎng)化十分嚴(yán)重,湖泊“水華”及近海“赤潮”時(shí)有發(fā)生,越演越烈。水體富營養(yǎng)化已危害農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、旅游業(yè)等諸多行業(yè),也對飲水衛(wèi)生和食品安全構(gòu)成了巨大的威脅。經(jīng)濟(jì)有效的控制氮磷污染已成為當(dāng)前急待解決的重大環(huán)保課題。
鳥糞石,分子式為MgNH4PO4·6H2O,是一種難溶于水的白色晶體,常溫下,在水中的溶解度積為2·5×10-13。通過投加化學(xué)試劑,可使廢水中的氨和磷酸鹽形成鳥糞石,實(shí)現(xiàn)對氮磷污染物的同時(shí)去除。此外,鳥糞石含有氮磷兩種營養(yǎng)元素,是一種很好的緩釋肥。日本已有公司成功的將鳥糞石推向化肥市場。
鳥糞石在水和堿中溶解度很低,采用形成鳥糞石的方法來去除廢水中的氨氮和磷酸鹽,具有高效簡便的特點(diǎn)。
像電鍍工業(yè)廢水、畜禽養(yǎng)殖廢水、垃圾填埋場滲濾液等均含有高濃度的氨氮,難以直接進(jìn)行生物處理,通常需要預(yù)先采用物化法(如吹脫法)進(jìn)行處理。
吹脫法要求pH高達(dá)10以上,且效率不高(不超過50%),易造成二次污染。
若用鳥糞石沉淀法處理,對pH條件的要求可比吹脫法降低,效率也更高。據(jù)Tünay等人對制革廢水所作的試驗(yàn),在pH為8~9的條件下,采用鳥糞石除磷法可使NH4+去除率高達(dá)75%以上。Li等人采用鳥糞石沉淀法,初始氨氮濃度在5618 mg·L-1的滲濾液在15分鐘內(nèi)降至210 mg·L-1,去除率超過96%。而pH則只需控制在8·5至9之間。Chimenos等人對NH4+-N初始濃度為2320 mg·L-1的染料廢水的實(shí)驗(yàn)中,NH4+-N去除率也達(dá)到了90%以上。
磷一方面作為引起富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因素,一方面又是十分寶貴的礦產(chǎn)資源。在現(xiàn)有的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)水平下,世界上已探明的磷儲(chǔ)備量僅夠人類使用100年。由于鳥糞石可以直接作為肥料,因此被認(rèn)為是最有前景的磷回收途徑之一,第二屆磷回收國際學(xué)術(shù)會(huì)議還為此特設(shè)專題,開展有關(guān)從污水中回收磷的研究。厭氧消化污泥上清液中含有較高濃度的NH+4-N和PO43--P,適合運(yùn)用鳥糞石沉淀法進(jìn)行處理。只要添加少量的Mg2+,即可以使廢水中的各種離子的溶度積達(dá)到過飽和狀態(tài),形成鳥糞石沉淀。而且由于其SS較低,生產(chǎn)的鳥糞石純度較高。Münch等人將厭氧消化污泥上清液引入一個(gè)帶沉淀區(qū)的流化床反應(yīng)器內(nèi),添加濃度為60%的Mg(OH)2泥漿,以獲得足夠的Mg2+和堿度。在進(jìn)水PO43-濃度61 mg·L-1、pH調(diào)節(jié)8·5左右的條件下,PO43-去除率達(dá)94%,水力停留時(shí)間只需1h。對沉淀所作的分析發(fā)現(xiàn),沉淀中的鎘、鉛、汞含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于法定標(biāo)準(zhǔn),P,Mg,N之比例分別為12·4%,9·1%和39%。
日本島根(Shimane)縣污水處理廠,安裝有3套已運(yùn)行的處理來自于該廠污泥消化液的鳥糞石回收裝置。Mg(OH)2與NaOH以1∶1摩爾比例關(guān)系投入污泥消化液,以增加pH,使鳥糞石以小顆粒狀在流化床內(nèi)沉淀。磷回收裝置目前能實(shí)現(xiàn)90%的溶解性磷酸鹽回收,保證生物除磷達(dá)標(biāo)運(yùn)行。在實(shí)際廢水處理中,鳥糞石沉淀法存在著種種限制因素。首先,許多廢水中的氮磷濃度很高,但彼此之間的比例不能滿足鳥糞石沉淀法的要求。在這種情況下,添加某些離子可以提高沉淀效率,但會(huì)增加處理成本。而且氮磷本身是廢水處理的控制目標(biāo),添加過量會(huì)造成二次污染。過量的Mg2+的添加對鳥糞石沉淀法來說是必要的,因此,廉價(jià)的添加劑是鳥糞石沉淀法能否實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。Mg(OH)2是比較理想的Mg2+添加劑,既增加Mg2+含量,又可提高pH。Mg(OH)2泥漿已在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)用。初沉池污泥和糞水中都有較高的鈣鎂含量,將它們和磷含量高的污泥混合也不失為一種調(diào)控Mg2+濃度的方法。Hwang等人采用這種方法,將初沉池污泥或糞水與過量攝磷后的污泥以0.67∶1的體積比混合,再加入100 mg·L-1的Mg2+后進(jìn)行厭氧消化,總磷去除率可達(dá)40%~45%,總氮去除率可達(dá)35%~39%。若用海水或制鹽工業(yè)中的廢鹽鹵作為Mg2+添加劑,價(jià)格更為低廉。其次,廢水的pH一般在6~8之間,而鳥糞石沉淀法所需的pH在8·5~9之間,需要采取一定的手段來提高廢水的pH。但相對于其他的沉淀法,鳥糞石沉淀法所要求的pH條件要低,所需的化學(xué)試劑較少。
Battistoni通過實(shí)驗(yàn)證明,厭氧消化污泥上清液的CO2含量為35%~40%,僅僅通過曝氣就可使pH提高到8·5以上。不但節(jié)約了添加藥劑的費(fèi)用,還可避免出現(xiàn)處理后廢水鹽度過高的情況。
日本北九洲Hiagari污水處理廠,安裝有1個(gè)中試流化床鳥糞石沉淀反應(yīng)器,處理污泥脫水上清液,使用海水作為鳥糞石沉淀的鎂源。大約70%的溶解性磷酸鹽通過曝氣可以在反應(yīng)器內(nèi)完成沉淀,而不需投加化學(xué)藥劑。
意大利Triviso污水處理廠,在污泥脫水上清液線路上安裝了生產(chǎn)性鳥糞石結(jié)晶裝置,采用吹脫方法沉淀磷酸鹽。初步試驗(yàn)結(jié)果表明:55%~64%的進(jìn)水磷酸鹽能夠沉淀到回收顆粒上。
鳥糞石的溶解度很低,形成鳥糞石可使廢水中的氮磷得到有效去除。鳥糞石含有氮磷兩種營養(yǎng)元素,是一種很好的緩釋肥。調(diào)控pH和各離子濃度可顯著影響鳥糞石沉淀法的脫氮除磷效果。獲得廉價(jià)的Mg2+添加劑,是鳥糞石沉淀法實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。鳥糞石沉淀法對于高濃度氮磷廢水的處理具有很好的應(yīng)用前景。
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