复合高铁酸盐溶液破解污泥减量及同步除磷的效能和机理研究

Aiming at the problem of poor phosphorus removal in sludge reduction by chemical disintegration technology, the study on the efficiency and mechanism of sludge reduction and simultaneous dephosphorization using composite ferrate solution has been put forward. The composite ferrate solution is used as disintegrants, and the optimal parameters and efficiency of sludge lysis is determined through the static test. The mechanism of sludge disintegration by composite ferrate oxidation is investigated by analyzing the dissolution laws of sludge dissolved products and the changes of the sludge floc structure and composition. By comparative analyzing the sludge disintegration effect treated by Fe(VI), ClO- and OH-, separately, and further exploring the transport and fate of iron and phosphorus elements, the mechanism of sludge disintegration and phosphorus removal are deeply discussed. The dynamics model of organic matter releasing is established according to the process of the sludge disintegration treated by composite ferrate solution. The dissolved sludge product treated by CFS is used as internal carbon source returned to anoxic reactor of A/O process. The operation effects of CFS-A/O process are comprehensively analyzed. This study provides theoretical basis for the new sludge reduction technology of ferrate cooperate with variety of agents. It has important significance for solving the contradictions between the sludge reduction and the phosphorus removal.

针对目前化学溶胞污泥减量技术中存在的除磷效果较差的问题，本课题提出了复合高铁酸盐溶液（Composite ferrate solution，CFS）破解污泥减量及同步除磷的效能和机理研究。以CFS为破解剂，采用静态试验确定污泥破解的最佳参数和效能；通过对污泥溶胞产物的溶出规律、污泥絮体结构及组成变化的分析，研究污泥破解的机理；进一步对比分析Fe(VI)、ClO-和OH-对污泥的破解效果，分析铁、磷元素归趋，深入探讨CFS破解污泥及除磷的作用机制；根据CFS破解污泥反应的过程，建立有机物释放的动力学模型。将CFS破解后的污泥溶胞产物作为内碳源回流至A/O反应池的缺氧池，综合分析CFS-A/O污泥减量与同步除磷系统的运行效果。该项目的研究为高铁酸盐协同多种药剂破解污泥减量技术提供理论依据，对解决当前污泥减量与除磷之间的矛盾具有重要的意义。

近年来污泥资源化、减量化技术成为研究的热点。其中，基于微生物隐性生长的化学溶胞技术可有效的破解污泥细胞，在实现污泥资源化利用的同时达到较好的污泥减量效果。但该技术由于减少了污泥的外排量，导致系统中磷的积累，使得污泥减量与高效除磷成为化学溶胞污泥减量技术中的关键问题。本研究提出采用复合高铁酸盐溶液（Composite Ferrate Solution，CFS）对污泥进行溶胞，研究CFS污泥溶胞减量过程中除磷的效果和机制。.本课题研究了CFS破解污泥的影响因素、效果、机制和动力学，分析了破解过程中的除磷机理，并考察了CFS-A/O工艺联合运行效果。研究结果如下：CFS破解污泥的最佳条件为：MLSS为10000mg/L，反应时间24h，CFS投加量50mgFe/gSS。CFS破解污泥时，反应分为两个阶段：在快速反应阶段（0-2h），Fe(VI)、ClO-的氧化作用和OH-的碱解作用同时作用于污泥，氧化作用大于碱解作用；慢速反应阶段（2-24h），氧化作用减弱，碱解作用占主导地位。CFS中Fe(VI)、ClO-和OH-在破解污泥过程中均起作用，但三者之间不具协同作用。CFS破解后SCOD、N、P等均大量释放，污泥絮体结构被破坏，TPN、SPN和多糖类物质溶出，污泥细胞破碎，污泥粒径明显减小，上清液中Ca2+、Mg2+含量增加，酸性物质溶出，体系pH值降低，且反应过程中存在矿化作用。回调污泥破解液pH可改变铁、磷归趋，将pH值回调至6，除磷率可达64%。回调pH能够改变磷的形态，回调pH=4有利于NAIP的形成，pH=8有利于AP的形成。沉淀物中磷与铁化合物是通过络合反应完成的，以形成(FeO)2PO2或(FeO)PO3-H为主。CFS-A/O工艺运行结果表明，最佳回流破解比为50%，此时系统出水水质均优于A/O工艺，污泥活性有一定程度提高，污泥浓度和沉降性能与A/O工艺相差不大，污泥减量可达42.3%。该研究为高铁酸盐溶胞污泥减量技术研究提供了理论依据，对解决污泥减量与脱氮除磷之间的矛盾具有指导意义。