張麗麗,李詠梅

(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200092)

pH值對(duì)化學(xué)-生物混合污泥厭氧發(fā)酵釋磷的影響

張麗麗,李詠梅*

(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200092)

以污水處理廠化學(xué)除磷工藝產(chǎn)生的常見化學(xué)磷(AlPO4和FePO4)沉淀為研究對(duì)象,考察了兩種化學(xué)磷分別與剩余活性污泥(即生物污泥)混合厭氧發(fā)酵過(guò)程中化學(xué)磷和生物磷的釋放情況.結(jié)果表明：在純水中,AlPO4在強(qiáng)酸強(qiáng)堿條件下均能釋出部分磷,FePO4只在強(qiáng)堿條件下才能溶解釋磷.在(35±1)℃,不同pH值下將含AlPO4的混合污泥厭氧發(fā)酵時(shí),強(qiáng)酸性厭氧發(fā)酵能釋出較多的化學(xué)磷,但微生物活性被抑制,不利于發(fā)酵產(chǎn)酸;堿性發(fā)酵(pH=10～11)能釋出 28%～55%的化學(xué)磷,43%～49%的生物磷,總釋磷量比中性條件下高 17.5%～62.7%,同時(shí)利于發(fā)酵產(chǎn)酸,維持pH 10和11時(shí)產(chǎn)酸量分別比中性條件高233%和117%;對(duì)于含F(xiàn)ePO4的混合污泥厭氧發(fā)酵,中性條件下即能釋放FePO4中40%的磷和生物污泥中50%的磷,釋磷量高于pH=11的堿性厭氧發(fā)酵釋磷量.

化學(xué)磷；混合污泥；厭氧發(fā)酵；釋磷；pH值

磷作為一種不可再生的資源正變得越來(lái)越稀缺[1-2],同時(shí)水體中磷含量過(guò)高又會(huì)導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化,破壞水環(huán)境[3-4].目前,污水中磷的去除主要通過(guò)生物法[5]、化學(xué)法[6]和吸附法[7]將污水中的磷轉(zhuǎn)移到污泥中.國(guó)內(nèi)外的調(diào)查表明普通剩余污泥中磷的含量約為1%～3%[8],而采用強(qiáng)化生物除磷工藝的污水廠剩余污泥中含磷率可達(dá) 6%～12%[9].王超[10]、Medeiros等[11]的結(jié)果表明污泥中的磷主要以無(wú)機(jī)磷形態(tài)存在,占總磷60%以上,有機(jī)磷含量較低,僅為10%～35%.

厭氧消化是實(shí)現(xiàn)污泥穩(wěn)定化、減量化和資源化最廣泛采用的手段,同時(shí)發(fā)酵過(guò)程中還能釋放大量有機(jī)物和氮、磷元素[12-13].目前國(guó)內(nèi)外對(duì)污泥厭氧消化的研究主要集中在產(chǎn)碳源[14]和產(chǎn)甲烷上[15],對(duì)發(fā)酵過(guò)程中釋磷的研究較少,而對(duì)含化學(xué)磷的污泥厭氧發(fā)酵釋磷研究還未見報(bào)道.考慮到化學(xué)除磷工藝在污水處理廠的廣泛應(yīng)用[16],本研究以AlPO4和 FePO4兩種主要的含磷化學(xué)污泥為研究對(duì)象,考察了不同 pH值條件下,含化學(xué)磷的污泥厭氧發(fā)酵過(guò)程中生物磷和化學(xué)磷的釋放情況,旨在提高發(fā)酵上清液中的磷濃度,利于后續(xù)磷回收.

1 材料與方法

1.1 單純化學(xué)磷的釋出試驗(yàn)

以污水處理廠化學(xué)除磷產(chǎn)生的常見化學(xué)磷沉淀(AlPO4、FePO4)為研究對(duì)象,探索不同pH值條件下各種化學(xué)磷的釋出情況.

試驗(yàn)在六聯(lián)磁力攪拌器上進(jìn)行,攪拌速度為120r/min,試驗(yàn)溫度為室溫(25±2)℃.分別取61mgAlPO4、75.5mgFePO4固體溶解在 500mL超純水中,采用3mol/L HCl溶液和3mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)并維持試驗(yàn)pH值分別為2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11,反應(yīng)30, 60, 120min時(shí)分別取樣測(cè)水中的正磷酸鹽濃度,計(jì)算化學(xué)磷沉淀的釋磷率.每組試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)平行,釋磷率計(jì)算公式如下∶

式中∶PW為測(cè)得水中的PO43--P濃度,mg/L;PS為初始投加的化學(xué)磷沉淀量(以P計(jì)),mg/L.

1.2 生物污泥和混合污泥的厭氧發(fā)酵試驗(yàn)

厭氧發(fā)酵試驗(yàn)所用的生物污泥取自上海市某污水處理廠(未設(shè)化學(xué)除磷工藝)回流泵房的剩余活性污泥,試驗(yàn)前將污泥在室溫下靜沉 24h,排掉部分上清液,測(cè)得試驗(yàn)生物污泥的性質(zhì)如表1所示.

為研究在不同pH值條件下厭氧發(fā)酵時(shí)化學(xué)磷釋出的情況,在生物污泥中外加兩種常見的化學(xué)磷沉淀(AlPO4和 FePO4)來(lái)模擬含有化學(xué)磷沉淀的污泥.將不添加化學(xué)磷沉淀的污泥稱為生物污泥(BS),添加化學(xué)磷沉淀的污泥稱為混合污泥(MS).根據(jù)單純化學(xué)磷的釋出試驗(yàn)結(jié)果,選擇添加AlPO4的混合污泥厭氧發(fā)酵試驗(yàn)pH值為2, 3, 4, 7, 9, 10, 11,添加FePO4的混合污泥的厭氧發(fā)酵試驗(yàn)pH值為7, 11.為便于考察混合污泥中生物磷和化學(xué)磷的釋放情況,添加的化學(xué)磷質(zhì)量與污泥可釋出的最大生物磷量約為1∶1.

表1 生物污泥的初始性質(zhì)Table 1 Characteristics of biological sludge

厭氧發(fā)酵試驗(yàn)在(35±1)℃的恒溫?fù)u床中進(jìn)行,控制速率為120r/min.向600mL的鹽水瓶中加入400mL的生物污泥,再加入315mg的AlPO4固體配成含AlPO4的混合污泥;向600mL的鹽水瓶中加入400mL的生物污泥,再加入390mg的FePO4固體配成含 FePO4的混合污泥.同時(shí)設(shè)置不加化學(xué)磷的生物污泥作為對(duì)照進(jìn)行厭氧發(fā)酵,每組試驗(yàn)設(shè)置 2個(gè)平行.用 6mol/L HCl溶液和6mol/L NaOH溶液維持試驗(yàn)pH值的穩(wěn)定,厭氧發(fā)酵試驗(yàn)共進(jìn)行7d,每天取樣分析.調(diào)節(jié)pH值或取樣結(jié)束后氮吹 1～2min并用橡膠塞密封,維持厭氧環(huán)境.

通過(guò)測(cè)定生物污泥厭氧發(fā)酵和混合污泥厭氧發(fā)酵上清液中磷濃度的變化,可計(jì)算出不同pH值條件下化學(xué)磷沉淀的釋磷率.

式中∶PM為混合污泥厭氧發(fā)酵上清液中的PO43--P濃度,mg/L;PB為生物污泥厭氧發(fā)酵上清液中的PO43--P濃度,mg/L;PS為初始投加的化學(xué)磷沉淀量(以P計(jì)),mg/L.

不同pH值條件下生物污泥的釋磷率由生物污泥厭氧發(fā)酵上清液中磷濃度/生物污泥泥水總磷計(jì)算得到.

1.3 測(cè)定方法

總懸浮固體(TSS)、揮發(fā)性懸浮固體(VSS)、TP、PO43--P、NH4+-N根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定[17],pH值采用pH計(jì)測(cè)定.總有機(jī)碳(TOC)采用TOC儀測(cè)得,揮發(fā)性脂肪酸(VFA)采用氣相色譜儀測(cè)定,載氣為氮?dú)?檢測(cè)器為 FID,色譜柱為 30m× 0.32mm×0.25mm DBWAX, 進(jìn)樣器和檢測(cè)器的溫度分別設(shè)為 200℃和 220℃,爐溫在 55℃運(yùn)行1min,然后以30℃/min的速度升溫到110℃,保持1min,再以 10℃/min的速度升溫到 200℃,再以30℃/min的速度升溫到220℃,保持1min,每次進(jìn)樣 0.5μL.Ca2+的測(cè)定采用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀.試驗(yàn)所用的主要分析儀器設(shè)備型號(hào)如表2所示.

表2 試驗(yàn)主要分析儀器Table 2 The main analytical instruments

2 結(jié)果與討論

2.1 不同pH值條件下單純化學(xué)磷的釋出

由圖 1可知,30min后,上清液中的 PO43--P濃度即達(dá)最大值,化學(xué)磷的釋出反應(yīng)達(dá)到平衡.根據(jù)式(1)和達(dá)平衡時(shí)的 PO43--P濃度,可計(jì)算出不同pH值條件下化學(xué)磷的釋磷率(表3).

AlPO4在pH=4,5,6,7和8條件下上清液中基本沒(méi)有測(cè)到PO43-,表明在上述pH值下AlPO4在純水中不能溶解釋磷.而在強(qiáng)酸條件下,AlPO4能與H+反應(yīng)而釋出PO43-,反應(yīng)方程見式(3),且隨著pH值的降低,釋磷率升高(pH=3時(shí)釋磷率為16.5%,pH=2時(shí)釋磷率為66.4%),Panswad[18]研究酸化處理回用鋁鹽時(shí)也表明,當(dāng)pH=1時(shí),鋁的回收率可達(dá)到90%,而當(dāng)pH=3時(shí),回收率僅有10%.在強(qiáng)堿條件下,AlPO4能與OH-反應(yīng)生成AlO2-從而使 PO43-得到釋放,反應(yīng)方程見式(4),AlPO4釋磷率隨著 pH值的升高而升高(pH=9,10,11時(shí)釋磷率分別為 8.4%,39.6%,76.4%),Masschelein[19]研究用 NaOH從布魯塞爾某水廠的化學(xué)污泥中回收鋁鹽發(fā)現(xiàn),pH為 11.4～11.8時(shí)回收率一般可達(dá)80%.

圖1 不同pH值條件下AlPO4和FePO4在純水中的釋磷情況Fig.1 Phosphorus release of AlPO4and FePO4in pure water at different pHs

表3 不同pH值下AlPO4與FePO4在純水中的釋磷率(%)Table 3 Phosphorus release rate of AlPO4and FePO4in pure water at different pHs (%)

FePO4在pH=2～7條件下上清液中基本不含PO43-,表明在上述pH值下FePO4在純水中不能溶解釋磷.當(dāng)pH>8時(shí)FePO4開始溶解且釋磷率隨著 pH值的升高而升高(pH=9,10,11時(shí)釋磷率分別為 4.2%,12.7%,96.5%),這主要是由于 Ksp(FePO4) = 1.3×10-22, Ksp(Fe(OH)3) = 4.0×10-38,即Fe(OH)3比 FePO4更難溶.因此在堿性條件下FePO4能與OH-反應(yīng)生成更難溶的Fe(OH)3而使PO43-釋出,其反應(yīng)見式(5).

綜上,AlPO4在強(qiáng)酸強(qiáng)堿條件下均能部分溶解釋磷,FePO4只在強(qiáng)堿條件下能溶解釋磷.

2.2 含AlPO4的混合污泥厭氧發(fā)酵

圖2 不同pH值下生物污泥(BS)和含AlPO4的混合污泥(MS)厭氧發(fā)酵上清液中總VFA的變化Fig.2 VFA concentration in supernatant during anaerobic fermentation for biological sludge (BS) and mixed sludge (MS) containing AlPO4at different pHs

2.2.1 含AlPO4的混合污泥水解產(chǎn)酸情況 根據(jù)AlPO4在水中的釋磷情況,維持生物污泥和含AlPO4的混合污泥厭氧發(fā)酵過(guò)程中 pH值為2,3,4,7,9,10,11,測(cè)得生物污泥與混合污泥產(chǎn)VFA的情況如圖 2所示.可見相同 pH值條件下,添加AlPO4對(duì)VFA的產(chǎn)生沒(méi)有顯著影響.VFA的產(chǎn)量主要與pH值有關(guān),pH=2和3時(shí)產(chǎn)酸量很小,總VFA只能達(dá)到 30～300mgCOD/L,約為中性條件時(shí)上清液中總VFA的1/40～1/4,說(shuō)明此時(shí)產(chǎn)酸菌活性被抑制,不利于厭氧發(fā)酵的進(jìn)行.Hwang等[20]研究厭氧消化產(chǎn)氫時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)pH低于4時(shí)所有厭氧消化微生物的活性均被抑制;Chen等[21]研究發(fā)現(xiàn)堿性條件有利于污泥的水解,同時(shí)又抑制了產(chǎn)甲烷菌的活性,所以產(chǎn)酸量較高;蘇高強(qiáng)等[22]研究也發(fā)現(xiàn)厭氧發(fā)酵8天后產(chǎn)酸量為pH=10> pH=9>pH=11.

2.2.2 含 AlPO4的混合污泥厭氧發(fā)酵釋磷情況 維持生物污泥、含AlPO4的混合污泥厭氧發(fā)酵過(guò)程中pH值為2,3,4,7,9,10,11,測(cè)得厭氧7d內(nèi)上清液中正磷酸鹽的濃度變化如圖3所示.

圖3 不同pH值下生物污泥和含AlPO4的混合污泥厭氧發(fā)酵上清液中PO43--P的變化Fig.3 PO43--P concentration in supernatant during anaerobic fermentation for biological sludge and mixed sludge containing AlPO4at different pHs

由圖3可知,厭氧發(fā)酵過(guò)程中,生物磷和化學(xué)磷(AlPO4)的釋放均主要在第 1d完成,之后隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),生物磷緩慢釋放使上清液中正磷酸鹽濃度緩慢增加,4～6d后基本達(dá)到穩(wěn)定.

對(duì)于生物污泥而言,維持偏酸性條件(pH=3和 pH=4)有利于生物磷的釋放(圖 3).pH=3時(shí)能釋出污泥中 65%左右的生物磷,pH=4時(shí)則能釋出72%的生物磷.而在強(qiáng)酸條件(pH=2)下,發(fā)酵上清液中PO43-的濃度比總磷低30mg/L左右,這可能是此條件下微生物和酶的活性被抑制,使溶出的有機(jī)磷不能完全轉(zhuǎn)化為 PO43-.而堿性條件雖然有利于污泥有機(jī)物的溶出,但是污泥中的金屬離子(如Ca2+)會(huì)與PO43-形成沉淀,致使上清液中PO43-的濃度降低,生物磷的釋磷率低于偏酸性條件.中性條件由于污泥水解不完全,致使 PO43-的釋出比偏酸性條件下少.

圖4 不同pH值下厭氧發(fā)酵過(guò)程中AlPO4的釋磷率Fig.4 Phosphorus release rate of AlPO4during anaerobic digestion at different pHs

混合污泥厭氧發(fā)酵釋磷包括化學(xué)磷的釋放和微生物細(xì)胞內(nèi)生物磷的釋放.混合污泥厭氧發(fā)酵上清液中PO43-的濃度大小依次為pH=2>pH= 11>pH=4>pH=3>pH=10>pH=7>pH=9,與生物污泥釋磷相比,pH為4,7,9時(shí)AlPO4的釋磷較少,pH為2,3,10,11時(shí)釋磷量較大,利用式(2)可以計(jì)算得到不同pH下AlPO4的釋磷率變化(圖4).由圖4可知,不同pH下AlPO4的釋磷率在厭氧發(fā)酵1d后基本達(dá)到最大值,在相應(yīng) pH值下若能溶解釋放PO43-,則在調(diào)節(jié)pH值穩(wěn)定后化學(xué)磷釋磷率即達(dá)最大,即AlPO4的釋磷主要與溶液pH值有關(guān),而與生物過(guò)程無(wú)關(guān).不同 pH值下的釋磷率與純水中模擬 AlPO4的釋磷試驗(yàn)結(jié)果一致,在強(qiáng)酸和強(qiáng)堿條件下AlPO4的釋磷率較高,且pH=2>pH= 11>pH=10>pH=3.pH=2 時(shí) AlPO4的釋磷率可達(dá)到60%,與純水中的釋磷率相近,pH=11時(shí)其釋磷率為50%左右,比水中的釋磷率略低,這可能與堿性條件下PO43-能與污泥中的Ca2+形成沉淀有關(guān).

圖5 不同pH值下生物污泥和含AlPO4的混合污泥厭氧發(fā)酵上清液中Ca2+的變化Fig.5 Ca2+concentration in supernatant of anaerobic fermentation for biological sludge and mixed sludgecontaining AlPO4at different pHs

圖5為不同pH值下生物污泥和混合污泥厭氧發(fā)酵上清液中 Ca2+濃度變化.兩種污泥厭氧發(fā)酵上清液中 Ca2+濃度變化基本一致,酸性條件下上清液中的Ca2+濃度較高(最大能達(dá)200mg/L左右),中性條件時(shí)在50mg/L左右,而堿性條件下均在 10mg/L以下.這表明在堿性條件下,污泥溶出的Ca2+能與釋出的PO43-形成沉淀,致使堿性條件下的釋磷率降低.Marti等[23]研究剩余污泥厭氧消化時(shí)發(fā)現(xiàn),厭氧消化過(guò)程中磷形成沉淀主要與pH、上清液中的磷濃度有關(guān),pH增大、上清液中磷濃度升高都會(huì)導(dǎo)致磷沉淀的增多.Carlsson等

[24]研究EBPR工藝中鈣磷沉淀的形成時(shí)發(fā)現(xiàn),堿性條件下Ca2+易與PO43-形成沉淀,而在中性條件下,Ca2+濃度超過(guò) 100mg/L,PO43--P濃度超過(guò)50mg/L時(shí)才會(huì)開始沉淀.

總體上,對(duì)于污水處理廠以鋁鹽為主的化學(xué)除磷工藝來(lái)說(shuō),剩余污泥中含有較多 AlPO4等化學(xué)磷沉淀,從磷回收角度出發(fā),維持厭氧發(fā)酵 pH值為 10～11,雖然 Ca2+等金屬離子的存在會(huì)使一部分磷發(fā)生沉淀,但仍可以使化學(xué)磷的釋磷率達(dá)到28%～55%,生物磷的釋磷率達(dá)到43%～49%,同時(shí)也有利于污泥的厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸,回收碳源.

圖6 不同pH值下生物污泥(BS)和含F(xiàn)ePO4的混合污泥(MS)厭氧發(fā)酵上清液中總VFA的變化Fig.6 VFA concentration in supernatant during anaerobic fermentation for biological sludge (BS) and mixed sludge (MS) containing FePO4at different pHs

2.3 含F(xiàn)ePO4的混合污泥厭氧發(fā)酵

2.3.1 含 FePO4的混合污泥水解產(chǎn)酸情況 根據(jù) FePO4在純水中的釋磷情況,維持生物污泥、含F(xiàn)ePO4的混合污泥厭氧發(fā)酵過(guò)程中pH值為7和11,測(cè)得污泥厭氧發(fā)酵7d上清液中總VFA的變化如圖 6所示.中性條件下,厭氧發(fā)酵 7d,含F(xiàn)ePO4的混合污泥上清液中VFA濃度比生物污泥上清液中低;而維持pH=11時(shí)兩種污泥厭氧發(fā)酵上清液中VFA濃度相差不是很大,這主要是因?yàn)殍F能與蛋白質(zhì)結(jié)合形成沉淀[25],使上清液中有機(jī)物濃度下降,VFA的產(chǎn)生減少;而pH=11時(shí),大量的鐵離子形成了 Fe(OH)3沉淀,FePO4的加入對(duì)有機(jī)物的溶出影響減小,對(duì)VFA產(chǎn)量的影響也減小.Angelidaki等[26]研究發(fā)現(xiàn)與鐵結(jié)合的蛋白質(zhì)水解需要更長(zhǎng)的發(fā)酵時(shí)間.Smith等[27]也發(fā)現(xiàn)對(duì)含鐵鹽除磷的活性污泥厭氧消化時(shí),其產(chǎn)氣量比沒(méi)有鐵鹽的活性污泥少 12%,產(chǎn)甲烷量少5.5%.

2.3.2 含 FePO4的混合污泥厭氧發(fā)酵釋磷情況 圖7為pH=7和11時(shí),厭氧發(fā)酵7d生物污泥和含F(xiàn)ePO4的混合污泥上清液中PO43--P濃度的變化情況.pH=7時(shí)含F(xiàn)ePO4的混合污泥厭氧發(fā)酵上清液中 PO43--P濃度最高,pH=11的生物污泥厭氧發(fā)酵上清液中 PO43--P濃度最低.利用式(2)計(jì)算得到不同pH值下FePO4的釋磷率(圖8).由圖8可知,pH=7時(shí)厭氧發(fā)酵7d后FePO4的釋磷率可達(dá)40%,比pH=7純水中FePO4的釋磷率高(表2),這主要是因?yàn)槲勰嘀衅渌庪x子和發(fā)酵溶出的蛋白質(zhì)會(huì)與 Fe3+形成沉淀[25-26],使 FePO4中的磷釋放,而 pH=7時(shí)發(fā)酵上清液中未檢測(cè)到Fe3+也間接證實(shí)了這一解釋.pH=11時(shí)厭氧發(fā)酵7d后FePO4的釋磷率為30%左右,低于純水中的釋磷率,這是因?yàn)閴A性條件下Ca2+會(huì)與PO43-形成沉淀,導(dǎo)致生物污泥和含 FePO4的混合污泥的釋磷率均較低,而此時(shí)兩種污泥發(fā)酵上清液中 Ca2+濃度均低于10mg/L也表明堿性發(fā)酵過(guò)程中確實(shí)生成了鈣磷沉淀.

圖7 不同pH值下生物污泥(BS)及含F(xiàn)ePO4的混合污泥(MS)厭氧發(fā)酵上清液中PO43--P的變化Fig.7 PO43--P concentration in supernatant during anaerobic fermentation for biological sludge (BS) and mixed sludge (MS) containing FePO4at different pHs

圖8 不同pH值下混合污泥厭氧發(fā)酵FePO4的釋磷率Fig.8 Phosphorus release rate of FePO4during anaerobic fermentation at different pHs

總體上,對(duì)于污水處理廠以鐵鹽為主的化學(xué)除磷工藝來(lái)講,剩余污泥中含有較多 FePO4等化學(xué)磷沉淀.從磷回收角度出發(fā),中性厭氧發(fā)酵能釋出40%的化學(xué)磷和50%左右的生物磷,發(fā)酵上清液中PO43-P濃度比堿性發(fā)酵高,同時(shí)可以節(jié)省調(diào)節(jié)pH值所需的藥劑成本.

3 結(jié)論

3.1 調(diào)節(jié)pH值為強(qiáng)酸(pH=2或3)或強(qiáng)堿(pH=10或 11)條件,單純 AlPO4均能釋出部分磷.對(duì)于FePO4,酸性條件下基本不溶解釋磷,而堿性條件下,pH=10和11時(shí)能分別釋出12.7%和96.5%的磷.

3.2 對(duì)于含 AlPO4的混合污泥,維持 pH為10～11有利于發(fā)酵產(chǎn)酸,產(chǎn)酸量分別比中性條件高233%和117%;同時(shí)還能釋出28%～55%的化學(xué)磷,43%～49%的生物磷.堿性厭氧發(fā)酵時(shí),雖然污泥溶出的Ca2+能與PO43-生成沉淀,但是總體上生物磷的釋磷率與中性厭氧發(fā)酵相差不大,而化學(xué)磷的釋磷率能提高 43%～49%,因此,對(duì)于使用鋁鹽除磷的污水處理廠,從磷回收而又有利于厭氧發(fā)酵的角度出發(fā),剩余污泥堿性發(fā)酵(pH=10～11)利于化學(xué)磷和生物磷的釋放,同時(shí)有利于產(chǎn)酸.

3.3 對(duì)于含 FePO4的混合污泥,中性厭氧發(fā)酵7d可使FePO4中40%的磷釋放,同時(shí)能釋放50%的生物磷;而堿性厭氧發(fā)酵(pH=11)時(shí),FePO4的釋磷率為30%,生物磷的釋磷率為49%.總體上中性條件更有利于磷的回收.因此,若剩余污泥中含有的化學(xué)磷為 FePO4,維持中性發(fā)酵利于化學(xué)磷和生物磷的釋放,同時(shí)減少藥劑成本投入.

[1] Natasha G. Environment： The disappearing nutrient [J]. Nature, 2009,461(7265)：716-718.

[2] Cordell D, Drangert J O, White S. The story of phosphorus：Global food security and food for thought [J]. Global Environmental Change, 2009,19(2)：292-305.

[3] Abell J M, Ozkundakci D, Hamilton D P. Nitrogen and Phosphorus Limitation of Phytoplankton Growth in New Zealand Lakes：Implications for Eutrophication Control [J]. Ecosystems, 2010,13(7)：966-977.

[4] 金相燦,王圣瑞,龐 燕.太湖沉積物磷形態(tài)及pH值對(duì)磷釋放的影響 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2004,24(6)：707-711.

[5] Oehmen A, Lemos P C, Carvalho G, et al. Advances in enhanced biological phosphorus removal： From micro to macro scale [J]. Water Research, 2007,41(11)：2271-2300.

[6] 張亞勤.污水處理廠達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)中的化學(xué)除磷 [J]. 中國(guó)市政工程, 2009,5：40-41.

[7] 吳慧芳,胡文華.聚合氯化鋁污泥吸附除磷的改性研究 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2011,31(8)：1289-1294.

[8] Fabian F, Christele B, Manuel H, et al. Microbial fuel cell enables phosphate recovery from digested sewage sludge as struvite [J]. Bioresource Technology, 2011,102(10)：5824-5830.

[9] Liu Y M, Liu Y, Tay J H. Development and characteristics of phosphorus-accumulating microbial granules in sequencing batch reactors [J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2003,6(2)：430-435.

[10] 王 超,馮士龍,王沛芳,等.污泥中磷的形態(tài)與生物可利用磷的分布及相互關(guān)系 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2008,29(6)：1593-1597.

[11] Medeiros J J G, Cid B P, Gomez E F. Analytical phosphorus fractionation in sewage sludge and sediment samples [J]. Analytical and Boianalytical Chemistry, 2005,381(4)：873-878.

[12] Marti N, Pastor L, Bouzas A, et al. Phosphorus recovery by struvite crystallization in WWTPs： Influence of the sludge treatment line operation [J]. Water Research, 2010,44(7)：2371-2379.

[13] Pastor L, Mangin D, Ferrer J, et al. Struvite formation from the supernatants of an anaerobic digestion pilot plant [J]. Bioresource Technology, 2010,101(1)：118-125.

[14] Li X, Chen H, Hu L F, et al. Pilot-Scale waste activated sludge alkaline fermentation, fermentation liquid separation, and application of fermentation liquid to improve biological nutrient removal [J]. Environmental Science and Technology, 2011,45(5)：1834-1839.

[15] Park W J, Ahn J H. Optimization of microwave pretreatment conditions to maximize methane production and methane yield in mesophilic anaerobic sludge digestion [J]. Environmental Technology, 2011,32(13)：1533-1540.

[16] 徐 瑛,徐 祥,陳 宇,等.無(wú)錫主城區(qū)污水廠升級(jí)改造脫氮除磷與污泥產(chǎn)量分析 [J]. 中國(guó)給水排水, 2012,28(10)：32-35.

[17] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法 [M]. 4版.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 2002.

[18] Panswad T. Aluminium recovery from industrial aluminium sludge [J]. Water Supply, 1992,10(4)：159-166.

[19] Masschelein W J, Deveminck R, Genot J. The feasibility of coagulant recycling by alkaline reaction of aluminium hydroxide sludges [J]. Water Research, 1985,19(11)：1363-1368.

[20] Hwang M H, Jang N J, Hyun S H, et al. Anaerobic bio-hydrogen production from ethanol fermentation： the role of pH [J]. Journal of Biotechnology, 2004,111(3)：297-309.

[21] Chen Y G, Jiang S, Yuan H Y, et al. Hydrolysis and acidification of waste activated sludge at different pHs [J]. Water Research, 2007,41(3)：683-689.

[22] 蘇高強(qiáng),汪傳新,鄭冰玉,等.pH對(duì)混合污泥水解酸化的影響 [J].環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2012,6(12)：4257-4262.

[23] Marti N, Bouzas A, Seco A, et al. Struvite precipitation assessment in anaerobic digestion processes [J]. Chemical Engineering Journal, 2008,141(1-3)：67-74.

[24] Carlsson H, Aspegren H, Lee N, et al. Calcium phosphate precipitation in biological phosphorus removal systems [J]. Water Research, 1997,31(5)：1047-1055.

[25] Park C, Abu-Orf M M, Novak J T. The digestibility of waste activated sludge [J]. Water Environment Research, 2006,78(1)：59-68.

[26] Angelidaki I, Ellegaard L, Ahring B. A comprehensive model of anaerobic bioconversion of complex substrates to biogas [J]. Biotechnology and Bioengineering, 1999,63(3)：363—372.

[27] Smith J A, Carliell-Marquet C M. The digestibility of iron-dosed activated sludge [J]. Bioresource Technology, 2009,99(18)：8585-8592.

Effect of pH on phosphorus release from chemical-biological mixed sludge during anaerobic fermentation.

ZHANG Li-li, LI Yong-mei*
(State Key Laboratory of Pollution Control and Resources Reuse, College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China). China Environmental Science, 2014,34(3)：650～657

Two chemical phosphates (AlPO4and FePO4) were usually generated during chemical phosphorus removal processes in wastewater treatment plant. To investigate the release of chemical phosphates and biological phosphorus when each chemical phosphate was mixed with surplus active sludge (biological sludge) respectively for anaerobic fermentation, the two chemical phosphates were used. The results showed that in pure water, phosphorus could be released from AlPO4under either strong acid or strong alkaline conditions, and be released from FePO4only under strong alkaline conditions. For anaerobic fermentation of mixed sludge containing AlPO4at 35±1℃, more chemical phosphate could be dissolved under strong acid but microbial activity was inhibited, which was unfavorable to volatile fatty acid (VFA) production. Under alkaline conditions (pH=10～11), 28%～55% of the chemical phosphate and 43%～49% of the biological phosphorus were released and the total released phosphorus amount was 17.5%～62.7% higher than those under neutral condition. Alkaline conditions were also beneficial to VFA production; at pH=10 and pH=11, VFA production was 233% and 117% higher than those under neutral conditions, respectively. For anaerobic fermentation of the mixed sludge containing FePO4, 40% of chemical phosphate and 50% of the biological phosphorus in sludge could be released under neutral condition, which were higher than those under alkaline condition (pH=11).

chemical phosphorus；mixed sludge；anaerobic fermentation；phosphorus release；pH value

X703

：A

：1000-6923(2014)03-0650-08

張麗麗(1990-),女,江蘇南京人,同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生,主要從事污水處理與資源化方面的研究.

《中國(guó)環(huán)境科學(xué)》2012年度引證指標(biāo)

《中國(guó)環(huán)境科學(xué)》編輯部

2013-06-25

國(guó)家“863”項(xiàng)目(2011AA060902);上海市國(guó)際合作項(xiàng)目(11230700700)

* 責(zé)任作者, 教授, liyongmei@#edu.cn

根據(jù)《2013年版中國(guó)科技期刊引證報(bào)告(核心版)》,《中國(guó)環(huán)境科學(xué)》2012年度引證指標(biāo)繼續(xù)位居環(huán)境科學(xué)技術(shù)及資源科學(xué)技術(shù)類科技期刊前列,核心影響因子1.657,學(xué)科排名第1位,在被統(tǒng)計(jì)的1994種核心期刊中列第21位;綜合評(píng)價(jià)總分72.0,學(xué)科排名第3位.《中國(guó)科技期刊引證報(bào)告》每年由中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所編制,統(tǒng)計(jì)結(jié)果被科技管理部門和學(xué)術(shù)界廣泛采用.