市政污泥中磷元素再生利用技术及作用机制研究

Phosphorus is indispensable element to all lives in the world. Because of its non-renewable characteristic and wide application in society. The resource of high grade phosphate rocks in China can only guarantee usage of the next 20 years according to current consumption speed. Meanwhile, lots of phosphates were discharged into nature water bodies which resulted in many environmental problems. Abundant of phosphorus existed in wastewater and microorganisms can accumulate phosphorus during wastewater treatment, municipal sludge is considered as potential alternative resource of phosphate rocks. Because of high recycling cost and poor perfoamance of phosphorus recycling, no technique of phosphorus recycling is accepted and applied in our country. This study aims to promote poly-phosphate release from municipal sludge by thermal treatment at low temperature, polyphosphate as novel material can be precipitated as magnesium ammonium phosphate which can be used as feitilizer. This study will calrity mode of action which metal elements prevent polyphosphate release during thermal treatment and exploit purification technology of magnesium ammonium phosphate which can be used to recover phosphorus in liquid phase rich in cations.This technique is promising due to low operation cost and ideal performance on phosphorus recycling.

磷元素是生命体不可缺少的必要元素，其不可再生特点以及在生产生活中的广泛应用需求，按照目前消费水平，我国的高品位磷矿只能保证未来20年的使用量。与此同时，大量磷元素排放进入自然水体引发了严重的环境问题。由于生活污水中含有丰富的磷元素，污水处理过程中大量的磷酸盐被活性污泥微生物吸收并储存，使得市政污泥被研究者视为磷矿石的潜在替代资源。现有污泥中回收磷元素的研究技术受制于回收成本高，磷元素回收效果差等原因并未在我国开展应用。本研究旨在于利用低温热处理方式从细胞中释放磷元素，以聚合磷酸盐（poly-P）为目标物质结晶合成可用于农业缓释肥料的磷酸铵镁，明晰生活污水及污泥中含有的金属元素对污泥释放poly-P的影响机制，掩蔽金属元素对污泥细胞释放poly-P的阻碍效果，并开发出在多种金属阳离子存在情况下磷酸铵镁结晶纯化的相关技术.该技术运行成本低，磷元素回收效果理想，具有广泛的应用前景。

磷元素是生命体不可缺少的必要元素。磷矿石的分布不均和不可再生特性加重了磷元素短缺危机，另一方面，过量磷酸盐化合物排放进入自然水体会导致多种环境问题，特别是富营养化现象。在污水处理厂利用EBPR技术处理污水的活性污泥将在细胞内聚集大量磷酸盐，成为潜在的磷元素回收对象。. 本研究使用热处理方法推动活性污泥释放磷元素，实验发现有30%的聚合磷酸盐、29%的总磷在80摄氏度加热一小时的条件下从细胞体内释放进入液相。不同的前处理方式也对活性污泥热处理过程中释放磷元素产生不同影响。在热处理前添加络合剂（浓度为2mM）将会显著增加磷酸盐的释放，68%聚合磷酸盐和53%的总磷将会释放进入液相。大约有85%的总磷在pH11的条件下合成磷酸铵镁结晶。在本研究中发现有50%的磷酸盐结晶发生在中性条件下。. 在热处理前添加络合剂（EDTA）将会大幅提升污泥微生物细胞释放聚合磷酸盐和总磷的情况。通过人工添加不同种类金属元素发现，金属阳离子对污泥在热处理过程中释放磷元素有明显的抑制效果。释放出的Ca、Al和Fe会富集在胞外聚合物中，Mg元素会直接释放进入液相。. 本研究发现，污泥微生物细胞在热处理过程中释放的聚合磷酸盐可以合成磷酸铵镁结晶，通过与正磷酸盐的横向对比试验发现，聚合磷酸盐可以在接近中性的pH条件和较低的Mg：P条件下形成大量磷酸铵镁结晶。. 此外，通过现场测试，本研究发现该方法同样适用于具有生化处理工艺的工业污水处理产生的污泥开展磷元素回收的相关研究。