談污水處理廠污泥厭氧制取磷營養(yǎng)液
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【摘要】在城市污水處理過程中，尤其是污水生物處理過程中會產(chǎn)生大量富含磷的污泥，通過厭氧技術(shù)開采污泥中的磷，經(jīng)過生物發(fā)酵、化學螯合以及物理活化等工藝相結(jié)合形成一種比較新型的磷營養(yǎng)液，可以用于農(nóng)田施肥、園林綠化等方面，從而實現(xiàn)污泥資源化和磷資源良性循環(huán)利用。探索污泥厭氧制取過程中磷的變化規(guī)律，可以在一定程度上保證厭氧消化系統(tǒng)的穩(wěn)定，也可以根據(jù)此過程對磷營養(yǎng)液進行回收利用。本文對污泥厭氧制取磷營養(yǎng)液的相關(guān)研究進行分析，并且提供了相應(yīng)的探索方向。
【關(guān)鍵詞】污泥；厭氧制??；磷營養(yǎng)液
引言
污泥處理的常用手段是厭氧消化（見圖1），富有磷的污泥在厭氧消化的過程中會產(chǎn)生大量的磷營養(yǎng)液。污泥在制取磷營養(yǎng)液的過程中會與其他化學物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成沉淀，堵塞管道并導致系統(tǒng)內(nèi)磷負荷增加，致使污泥處理廠制取出來的磷營養(yǎng)液不合格。再就是制取液中的磷會對厭氧制取系統(tǒng)中其他厭氧微生物的代謝產(chǎn)生影響，導致厭氧制取的系統(tǒng)不能夠穩(wěn)定運行，因此我們需要探索污泥厭氧制取磷營養(yǎng)液的過程。磷屬于不可再生的資源，雖然目前我國的磷礦資源相對比較豐富，但是高品質(zhì)的磷是相對較少的，只占總量的一小部分。污泥中含有大量的磷，磷如果從污泥中制取出來，就能夠解決高濃度的磷對消化池的堵塞問題，而且也可以解決磷短缺的問題，促進磷的可持續(xù)發(fā)展。
1磷營養(yǎng)液在厭氧制取過程中的釋放與固定
磷在污泥中有三種存在形式：①有機磷，也叫生理性磷；②聚磷；③物理化學方式固定的磷。在污泥制取磷營養(yǎng)液的過程中，磷有兩種來源：①聚磷；②有機磷。聚磷分解后大量的正磷會被稀釋到制取液中，再經(jīng)過制取形成磷營養(yǎng)液。外界的溫度、pH等條件是正磷釋放速度的決定因素，當然釋放的磷的量最終決定于聚磷菌胞內(nèi)的聚磷含量。在污泥厭氧制取磷營養(yǎng)液的過程中，不只有聚磷釋放磷，有機磷也會分解釋放磷。當聚磷菌發(fā)生代謝作用后，它的活力會遠不如從前，一部分細胞也會因此死亡。這些死亡的細胞會將自己體內(nèi)的有機物質(zhì)釋放出來，其中就包含有機磷，正磷會隨著有機磷的釋放而釋放。正磷的釋放速度和污泥的制取率以及降解的程度有關(guān)，當然也有學者認為制取的過程中有機磷降解會放出很多的正磷，這個釋放的速度可能會是一成不變的。污泥在厭氧制取的過程中釋放出正磷，而關(guān)于釋放磷的機制探索并不是很多。有機磷水解、生物釋磷等都是在污泥厭氧制取磷營養(yǎng)液過程中所涉及的，但是這幾個過程有的是交叉進行，有的是同時進行，所以分辨出來是一個難題。污泥厭氧制取磷營養(yǎng)液的過程中不僅有磷營養(yǎng)液的釋放，還有磷營養(yǎng)液的自發(fā)固定。污泥在厭氧制取過程會產(chǎn)生金屬離子，鉛離子、鎂離子以及銅離子等金屬離子會和磷發(fā)生化學反應(yīng)，反應(yīng)之后就會產(chǎn)生沉淀。制取液中金屬離子的濃度會影響磷在制取液中的形態(tài)和濃度。相關(guān)研究提出，磷沉淀的潛能取決于厭氧制取過程中鎂、銅、鉛等金屬離子的濃度。在研究中發(fā)現(xiàn)，在厭氧制取磷營養(yǎng)液的過程中有一部分溶解性的正磷，而鳥糞石就是由正磷和鎂離子發(fā)生反應(yīng)生成的，其他的正磷會和鋁發(fā)生反應(yīng)然后被固定下來。
2磷對厭氧消化過程的影響
污泥在使用厭氧消化系統(tǒng)處理的時候，濃度高達100~500mg/L的磷會破壞厭氧消化系統(tǒng)的穩(wěn)定，對系統(tǒng)的運行造成嚴重的損壞，尤其是對厭氧過程第一階段的水解和發(fā)酵。消化液中除了磷之外，還有其他的化學物質(zhì)，這些化學物質(zhì)會和磷進行化學反應(yīng)，形成沉淀，例如鳥糞石等，這些沉淀會把管道和消化池堵住，使消化池不能夠正常運行。另外，濃度高達100~500mg/L的磷會對消化系統(tǒng)中一些微生物產(chǎn)生不良的影響。正常情況下，厭氧消化過程中的物質(zhì)都是互幫互助來完成自身的代謝活動。不同的物質(zhì)會把厭氧消化過程中的其他微生物分解成不同的有機物，例如：以產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌為例來說明，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌就會將水解酸化的產(chǎn)物進行降解，生成氫氣和乙酸。再就是，如果磷在污泥厭氧消化過程中的濃度比較高，就會影響產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌以及水解酸化菌的代謝。外國學者探究厭氧消化的過程，發(fā)現(xiàn)加入不同的磷化合物就會影響厭氧消化的過程。這個研究證明，加入含磷的化合物不一樣，如磷脂、核酸等含磷化合物，有機物的降解的速度就會不一樣，這就證明過量的磷就會不利于產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和水解酸化菌的代謝；其次是，如果加入含磷化合物，產(chǎn)氣的速率也會受到影響，污泥中磷的含量超過25%，就會抑制消化的過程。有機物降解的過程與水解酸化菌的代謝有直接的關(guān)系，如果后續(xù)的制取過程受到影響，就說明水解酸化菌的活躍性不大。如果厭氧消化過程中其他的有機代謝產(chǎn)物沒有及時被分解，就證明產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的活躍性下降，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌如果受到了抑制，最終就會影響產(chǎn)甲烷菌的代謝。
3有利于制取磷營養(yǎng)液的污泥處理方式
如果消化池中磷的濃度過高，就會對消化池的運行及磷營養(yǎng)液的制取產(chǎn)生不利的影響。污泥處理的方式如果是合理的，就既能夠制取高質(zhì)量的磷營養(yǎng)液，也能夠確保厭氧制取過程中污泥釋放出來的磷不干擾厭氧制取過程的運行。MARTI比較了富磷污泥厭氧消化之前四種不同的處理方式：①將初沉污泥和富磷污泥分別進行濃縮；②將初沉污泥和富磷污泥兩種污泥進行混合濃縮，然后將壓縮后的污泥進行淘洗；③把初沉污泥和富磷污泥在接觸池里混合后再壓縮；④用好氧池污泥替換二沉池污泥進而提高對濃縮污泥的淘洗效率。最終表明，第四種處理污泥的方式能夠減少消化池里很大一部分磷的沉淀，因此大量的溶解性磷能夠被回收利用形成磷營養(yǎng)液。利用合理的污泥處理方式既能夠提高磷營養(yǎng)液的制取效率，也能夠?qū)⑾刂辛壮恋淼母怕式档?。還有一種研究是在污泥進入?yún)捬跸刂?，將污泥進行加熱處理使其中的聚磷得到完全釋放，之后再加入氯化鈣，使氯化鈣和磷反應(yīng)生成磷酸鈣，這樣就能夠制取出磷營養(yǎng)液了。經(jīng)過加熱處理后的污泥進入消化池，既能夠促進甲烷的產(chǎn)量，也能夠降低消化池中鳥糞石的產(chǎn)生概率。
4磷資源化的途徑
消化液中將磷制取出來回收利用的方法有很多，像電滲析法、沉淀法、結(jié)晶法以及離子交換法等?，F(xiàn)在磷回收利用的主要手段是鳥糞石結(jié)晶的方法。當消化液中溶解性磷的質(zhì)量濃度超過10mg/L，就可以使用鳥糞石結(jié)晶的方法。有的學者認為，在消化液中除了有大量的磷，還有大量的氨氮，所以只要添加適量的鎂離子，就可以出現(xiàn)鳥糞石沉淀。結(jié)晶法也有一定的要求，一般情況下要求摩爾比在1.3:1.0左右，用曝氣吹脫二氧化碳來提高pH，有的時候還需要添加堿液。一般的結(jié)晶法會采用流化床反應(yīng)器，通過流體的攪拌作用，使得容器中的顆粒變成流體的形態(tài)，進而完成磷的結(jié)晶，反應(yīng)容器里的鳥糞石經(jīng)過重力分解后就能夠進行回收了。消化液中磷的濃度達到一定程度時，只要有氨氮的存在，就可以形成鳥糞石了，因此污泥厭氧消化液在鳥糞石回收方面具有很好的前景。
5結(jié)語
為確保出水水質(zhì)達到國家排放標準，目前我國大部分城市污水處理廠采取生物強化除磷工藝，從而產(chǎn)生了大量的富有磷污泥，富有磷的污泥在厭氧消化的過程中會釋放出大量的磷，同時產(chǎn)生其他的微生物，磷會與其他的微生物發(fā)生反應(yīng)生成沉淀，進而使消化池的運營成本增加，濃度較高的磷還會影響其他微生物的代謝，影響消化系統(tǒng)的運行。另外，磷作為一種比較稀缺的資源，如果將消化池中的磷回收，就可以一舉兩得，既能夠減少消化池的運行成本，也可以實現(xiàn)磷資源的可持續(xù)發(fā)展。污泥厭氧消化中的磷有兩種釋放機制：①有機磷降解機制；②聚磷分解機制，但是這兩種機制還需要進行進一步的研究。污泥厭氧消化系統(tǒng)的平穩(wěn)運行是非常重要的，要確保系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，各種微生物必須要相互幫助完成自己的代謝活動。但是聚磷菌與水解酸化菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌以及產(chǎn)甲烷菌這三種微生物之間的探索并不多，所以還需要繼續(xù)探索聚磷菌與這三種微生物在消化過程中的相互作用。雖然鳥糞石結(jié)晶的方法已經(jīng)研究得比較深入，但是在經(jīng)濟和安全方面還有缺陷，還需要進行系統(tǒng)地探索。為了我國的磷資源可以持續(xù)地利用，更要進行多個方面的探索?？偟膩碚f，整個關(guān)于污泥厭氧制取磷營養(yǎng)液的研究都比較短缺，望相關(guān)學者加強這一方面的鉆研，為國家的稀缺資源貢獻自己的力量。
參考文獻
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作者：劉利 單位：重慶市三峽魚復排水有限責任公司