新型晶种滤料生物滤池的生物－结晶协同除磷行为及环境诱导

基于废水生物除磷及结晶法回收磷的研究现状，探讨利用微生物磷代谢驱动结晶除磷反应的生物－结晶协同除磷机理。拟在定向筛选、制备具有缓释效能的新型晶种滤料的基础上，利用FTIR、XRD、SEM 和EDS等表征结晶产物，研究有机物及微生物磷代谢对晶种滤料结晶除磷行为的影响规律；利用新型晶种滤料生物滤池处理模拟含磷废水，研究厌氧/好氧等环境诱导条件下，微生物磷代谢对晶种滤料吸附－结晶除磷行为的影响规律和作用机理，阐明新型晶种滤料生物滤池的生物-结晶协同除磷机理及环境诱导效应；提出针对城市废水等低浓度含磷废水的生物－结晶协同除磷工艺思路和技术策略。本项目有望筛选、制备一种新型晶种生物滤料，揭示有机物及微生物磷代谢对结晶除磷行为的影响规律，阐释环境诱导条件下微生物磷代谢与化学结晶的协同除磷机制，对废水除磷理论研究具有重要意义，也可为研究新型除磷及磷回收工艺提供理论和实践基础。

在对比考察钢渣等晶种基质滤料结晶除磷特性的基础上，以钢渣和矿渣为主要基质材料，利用物化-热力相结合的方法，制备得出了2种具有较强碱度和离子缓释效能的新型晶种材料。分别以羟基磷酸钙（Hydrooxyapatite，HAP）和磷酸铵镁（Magnesium Ammonium Phosphate，MAP）为目标结晶产物，利用XRD、SEM和EDS等表征手段，系统探讨了静、动态条件下晶种滤料的除磷行为特性，全面揭示了初始磷浓度、反应物摩尔比、HRT、pH值、曝气条件、有机物浓度和反应离子条件等因素对晶种滤床微界面结晶除磷反应的影响作用规律，总结提出了晶种滤料过滤结晶床处理含磷废水的关键控制参数。. 在上述研究成果的基础上，构建A/O交替过滤晶种滤料生物滤池处理含磷废水工艺系统，探讨了厌氧/好氧交替时间、HRT、曝气条件和有机物负荷等环境诱导因子对微生物磷代谢与晶种滤料吸附－结晶除磷行为的影响作用规律；利用XRD、SEM、EDS和PCR-DGGE技术对A/O交替过滤晶种滤料生物滤池处理含磷废水工艺系统的除磷产物和微生物种群进行了表征分析，揭示了环境诱导条件下工艺系统的晶体增长规律和微生物种群结构特性，阐明了A/O交替过滤晶种滤料生物滤池的生物-结晶协同除磷作用机理及环境诱导效应规律；采用提高进水pH值和镁离子浓度的协同诱导方式，可有效地强化A/O交替过滤晶种滤料生物滤池的结晶除磷能力，处理系统的厌氧释磷峰得到明显推移、削减。. 在进水磷浓度9-12mg/L、氨氮30-40 mg/L、pH 8.5-9.0、n(Mg):n(p)=3:1、有机物容积负荷95-110 g COD/(m3滤料.d)的水质条件下，控制HRT=4h、厌氧DO小于0.8mg/L、好氧DO 3-5 mg/L，采用A/O交替过滤（交替周期36h）的运行方式，晶种滤料生物滤池系统处理出水的COD、氨氮、SS等均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准，总磷可满足一级B标准。本课题通过筛选、制备具有碱度和离子缓释效能的晶种滤料，构建了好氧/厌氧交替过滤晶种滤料生物滤池废水处理系统，充分发挥了微生物磷代谢及环境因子对晶种滤料吸附-结晶除磷的诱导驱动作用，探索出了一条生物-结晶多途径协同除磷的工艺新思路。