vUCT-MBR污水处理体系原位蓝铁石结晶的微观机制与整体影响

Phosphorus recovery is of great importance to urban sewage treatment in the future. Targeting the phosphorus recovery issue, this project develops, for the first time, a novel sewage treatment process, i.e. vUCT-MBR, in which in situ vivianite crystallization is induced in activated sludge matrix. The research is expected to elucidate: (1) the P flow in the vUCT-MBR by tracking the P speciation in the water and sludge in the reactor system and its dynamics; (2) the mechanisms of Fe biochemical transformation in the sludge system by studying the efficiencies of Fe(III) reduction and the influencing factors, Fe speciation and its dynamics, and by reaction kinetics modeling; (3) the mechanisms of vivianite crystallization in the complex sludge system and its enhancement by studying the occurrence of vivianite crystallization/growth, the rate and its relation to the microenvironments/interfaces; (4) the integrating influence on the system performance by investigating the Fe-involving biological nitrogen and phosphorus removal pathways and the membrane fouling characteristics as well as the sludge structure and activity and aqueous components. The results of this project would help optimize the vUCT-MBR process from a theoretical perspective.

污水磷资源回收是未来城市污水处理的重要环节。本项目以污水磷回收问题为研究对象，首次提出在活性污泥体系诱导蓝铁石（Fe3(PO4)2•8H2O）原位结晶的vUCT-MBR污水处理新技术。研究过程中，通过考察vUCT-MBR系统污水/污泥中P的形态分布及其动态变化，探讨vUCT-MBR系统P的流动规律；通过考察Fe(III)在复杂污泥体系中厌氧还原的效率与关键因子、各池中Fe的形态与分布变化，结合动力学模拟，解析Fe在复杂污泥体系中的生化转化机制；通过考察污泥体系蓝铁石结晶/生长的效率、速率及与微环境/界面特征的对应关系，探讨复杂污泥体系中蓝铁石结晶反应的微观机制与强化策略；通过考察Fe参与下系统生物脱氮与除磷过程的动态变化和膜污染特征，结合污泥结构与活性分析及液相组成分析，探讨Fe对vUCT-MBR系统效能的整体影响。项目研究成果，将为vUCT-MRB污水处理技术的优化调控提供理论依据。

磷污染控制与磷资源回收关系到环境保护和粮食安全两个重大问题，契合国家战略安全。本项目以污水磷回收问题为研究对象，首次提出在活性污泥体系诱导蓝铁石（Fe3(PO4)2•8H2O）原位结晶的vUCT-MBR污水处理新技术。研究过程中，通过考察vUCT-MBR系统污水/污泥中P的形态分布及其动态变化，探讨vUCT-MBR系统P的流动规律；通过考察Fe(III)在复杂污泥体系中厌氧还原的效率与关键因子、各池中Fe的形态与分布变化，结合动力学模拟，解析Fe在复杂污泥体系中的生化转化机制；通过考察污泥体系蓝铁石结晶/生长的效率、速率及与微环境/界面特征的对应关系，探讨复杂污泥体系中蓝铁石结晶反应的微观机制与强化策略；通过考察Fe参与下系统生物脱氮与除磷过程的动态变化和膜污染特征，结合污泥结构与活性分析及液相组成分析，探讨Fe对vUCT-MBR系统效能的整体影响。项目研究成果，将为vUCT-MRB污水处理技术的优化调控提供理论依据。.研究结果表明，vUCT-MBR系统中所投加的铁在厌氧/好氧的活性污泥环境中发生循环往复的氧化还原转化，在厌氧池形成的蓝铁石晶体具备一定的稳定性并可持续生长，实现稳定的污水磷去除和回收。vUCT-MBR技术实现了持续从体系中以蓝铁石晶体固定磷，因此该技术没有排泥的固有需求，可维持较高的SS运行，除污染效能好。同时，因好氧池中三价铁对水中溶解性细胞代谢物的混凝去除作用，膜污染可长时间维持在较低水平，大幅降低膜生物反应器的运行成本。在本项目研究基础上，后续可进一步探讨如何实现蓝铁石颗粒增长至一定尺寸并相对容易地从污泥体系中得到有效分离，从而真正实现磷分离产物的回收与再利用。