發(fā)布時(shí)間：2020-11-10 22:59

　　 “磷危機(jī)”與“水體富營(yíng)養(yǎng)化”并存問(wèn)題促使從污水/污泥處理、處置中回收磷應(yīng)運(yùn)而生,因?yàn)榱谆厥湛伞耙患�雙雕”在某種程度緩解這兩種現(xiàn)象。污水處理過(guò)程中大多數(shù)磷聚積于剩余污泥之中,同時(shí),因污水本身或?qū)ζ涮幚磉^(guò)程投加鐵基混凝劑而使得剩余污泥中往往亦含有相當(dāng)量的鐵(Fe~(3+))。這就使得剩余污泥厭氧消化過(guò)程為藍(lán)鐵礦(Fe_3(PO_4)_2·8H_2O)物質(zhì)生成創(chuàng)造了基質(zhì)條件。藍(lán)鐵礦生成是生物與化學(xué)協(xié)同作用結(jié)果,形成的化合物直接沉積于污泥表面而與污泥混合于一體。因此,有效從污泥中分離并回收藍(lán)鐵礦便成為本課題研究?jī)?nèi)容。目前,有關(guān)從污泥中分離藍(lán)鐵礦的研究還十分有限,唯一應(yīng)用的技術(shù)就是磁分離,中試規(guī)模可以獲得近乎純的藍(lán)鐵礦,回收率可達(dá)70%。課題研究嘗試采用離心原理設(shè)計(jì)水力旋流器,以考察該工藝用于分離藍(lán)鐵礦是否同樣有效。實(shí)驗(yàn)首先分析了實(shí)際剩余污泥厭氧消化藍(lán)鐵礦形成過(guò)程。歷時(shí)22 d小試厭氧消化污泥2 183.75 mg/L內(nèi)源鐵(Fe~(3+))主要被金屬還原菌(DMRB)還原(Fe~(2+)),與污泥細(xì)胞裂解產(chǎn)生的PO_4~(3-)結(jié)合生成藍(lán)鐵礦(12%污泥干重);低溫冷凍干燥并不會(huì)影響藍(lán)鐵礦在污泥中的比例含量,但藍(lán)鐵礦從厭氧消化系統(tǒng)分離后容易被氧化而形成三斜藍(lán)鐵礦(Fe~(2+)_(3-x)-x Fe_x~(3+)(PO_4)_2(OH)_x·(8-x)H_2O)。簡(jiǎn)單氣浮實(shí)驗(yàn)顯示,一定程度上可以少量釋放束縛在污泥表面的藍(lán)鐵礦。分離實(shí)驗(yàn)主要以水力旋流器進(jìn)行,采用6 cm直徑石英霧化室結(jié)合文丘里管水射器構(gòu)建實(shí)驗(yàn)旋流裝置。以實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)污泥作為底泥,通過(guò)投加市售平均粒徑13.25μm藍(lán)鐵礦與污泥混合(干重含量10.21%)后進(jìn)行分離實(shí)驗(yàn)。在0.15 MPa驅(qū)氣壓力不變情況下通過(guò)改變進(jìn)料流量觀察底流藍(lán)鐵礦分離效果;發(fā)現(xiàn)藍(lán)鐵礦純度從分離前的10.21%干重最高可增加至32.67%(流量=100 mL/min)。然而,利用相同裝置分離自培污泥外加鐵源厭氧消化獲得的藍(lán)鐵礦并未取得上述分離效果,73.9~89.6%藍(lán)鐵礦不是沉淀于底流而是隨溢流外溢,應(yīng)該是自生成藍(lán)鐵礦粒徑過(guò)小所致,也受制于生成的復(fù)合磷酸鹽組分。按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)新型水力旋流器,在0.3 MPa驅(qū)氣壓力下變流測(cè)試實(shí)際污泥中分離藍(lán)鐵礦亦未獲得明顯的改善效果,只是在400 mL/min流量下發(fā)現(xiàn)可有效去除底流重金屬含量。在此情況下,通過(guò)在旋流器外壁和內(nèi)部安裝永磁鐵嘗試分離優(yōu)化,可有效減少23.6%藍(lán)鐵礦溢流損失,使藍(lán)鐵礦純度從11.45%提升至21.0%(污泥干重)。
【學(xué)位單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類(lèi)】：X703
【部分圖文】：

第2章藍(lán)鐵礦分離技術(shù)概論9含有52~62%干重的藍(lán)鐵礦和20%干重的有機(jī)質(zhì)，利用堿浸出法可提取其中80%的磷，獲得的富磷溶液中重金屬含量符合歐盟設(shè)定的污泥回收磷酸鹽產(chǎn)品重金屬濃度標(biāo)準(zhǔn)。TUDelft與荷蘭可持續(xù)用水技術(shù)研究中心Wetsus于2018年開(kāi)展了為期2年半的ViviMag合作中試項(xiàng)目，目前他們宣稱(chēng)經(jīng)過(guò)中試技術(shù)優(yōu)化后可以回收污泥中70%的藍(lán)鐵礦，分離出的物質(zhì)近乎為純的藍(lán)鐵礦[46]。目前來(lái)看，濕式磁分離是目前最有效的藍(lán)鐵礦分離技術(shù)。ab圖2-1(a)工業(yè)Jones分離器俯視結(jié)構(gòu)[61];(b)小試Jones磁分離裝置圖[57]Fig.2-1(a)TheoverlookviewofindustrialJonesseparator;(b)Thegraphoflab-scaleJonesseparatordevice2.2.2泡沫浮選泡沫浮選因其處理時(shí)間短（~15min），分離細(xì)微礦物例如銅、鋅、鉛、煤礦具有較高的回收率（>80%）而被廣泛應(yīng)用于選礦行業(yè)[61,69]。工藝主要利用礦物顆粒表面之間存在的親疏水性差異實(shí)現(xiàn)目標(biāo)礦物的分離濃縮，這種差異可以是天然存在的，也可以通過(guò)添加一些表面活性劑或是捕獲劑誘導(dǎo)形成，泡沫浮選可分離的礦物粒徑范圍在1~500μm�；�本設(shè)備與分離過(guò)程原理可以由圖2-2描述，浮選單元可以由簡(jiǎn)單的長(zhǎng)方形或是柱狀容器構(gòu)成，利用機(jī)械設(shè)備在反應(yīng)區(qū)形成大量微氣泡，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間反應(yīng)選擇性地使疏水性礦物能依附于氣泡上升，隨著疏水顆粒在上層液面富集而形成泡沫層，隨著水力的夾帶作用在浮選槽中回收泡沫層中的礦物即為所需的精礦，親水性的礦物下沉則成為尾礦。在工業(yè)上為了提高浮選礦物的效率，都需要添加一定的化學(xué)藥劑用于漿料調(diào)質(zhì)，如何減少化學(xué)藥劑使用降低對(duì)環(huán)境的影響同時(shí)保證浮選高效性是該技術(shù)應(yīng)用于藍(lán)鐵礦分離的一個(gè)難題。

第2章藍(lán)鐵礦分離技術(shù)概論9含有52~62%干重的藍(lán)鐵礦和20%干重的有機(jī)質(zhì)，利用堿浸出法可提取其中80%的磷，獲得的富磷溶液中重金屬含量符合歐盟設(shè)定的污泥回收磷酸鹽產(chǎn)品重金屬濃度標(biāo)準(zhǔn)。TUDelft與荷蘭可持續(xù)用水技術(shù)研究中心Wetsus于2018年開(kāi)展了為期2年半的ViviMag合作中試項(xiàng)目，目前他們宣稱(chēng)經(jīng)過(guò)中試技術(shù)優(yōu)化后可以回收污泥中70%的藍(lán)鐵礦，分離出的物質(zhì)近乎為純的藍(lán)鐵礦[46]。目前來(lái)看，濕式磁分離是目前最有效的藍(lán)鐵礦分離技術(shù)。ab圖2-1(a)工業(yè)Jones分離器俯視結(jié)構(gòu)[61];(b)小試Jones磁分離裝置圖[57]Fig.2-1(a)TheoverlookviewofindustrialJonesseparator;(b)Thegraphoflab-scaleJonesseparatordevice2.2.2泡沫浮選泡沫浮選因其處理時(shí)間短（~15min），分離細(xì)微礦物例如銅、鋅、鉛、煤礦具有較高的回收率（>80%）而被廣泛應(yīng)用于選礦行業(yè)[61,69]。工藝主要利用礦物顆粒表面之間存在的親疏水性差異實(shí)現(xiàn)目標(biāo)礦物的分離濃縮，這種差異可以是天然存在的，也可以通過(guò)添加一些表面活性劑或是捕獲劑誘導(dǎo)形成，泡沫浮選可分離的礦物粒徑范圍在1~500μm�；�本設(shè)備與分離過(guò)程原理可以由圖2-2描述，浮選單元可以由簡(jiǎn)單的長(zhǎng)方形或是柱狀容器構(gòu)成，利用機(jī)械設(shè)備在反應(yīng)區(qū)形成大量微氣泡，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間反應(yīng)選擇性地使疏水性礦物能依附于氣泡上升，隨著疏水顆粒在上層液面富集而形成泡沫層，隨著水力的夾帶作用在浮選槽中回收泡沫層中的礦物即為所需的精礦，親水性的礦物下沉則成為尾礦。在工業(yè)上為了提高浮選礦物的效率，都需要添加一定的化學(xué)藥劑用于漿料調(diào)質(zhì)，如何減少化學(xué)藥劑使用降低對(duì)環(huán)境的影響同時(shí)保證浮選高效性是該技術(shù)應(yīng)用于藍(lán)鐵礦分離的一個(gè)難題。

第2章藍(lán)鐵礦分離技術(shù)概論10圖2-2泡沫浮選基本設(shè)備與分離原理圖[61]Fig.2-2Schematicdiagramoffrothflotationmechanism[61]在污水處理領(lǐng)域也有類(lèi)似于選礦行業(yè)的浮選技術(shù)用于污泥濃縮處理，不同于選礦采用的是分散氣泡發(fā)生裝置，污泥濃縮浮選通常采用的是溶氣氣浮，利用特殊的溶氣裝置，將空氣超飽和溶解在水中，通過(guò)特殊的釋放裝置將高壓水瞬間減壓至常壓，由于瞬間溶解度的下降而在水中溢出大量細(xì)密的微氣泡，微氣泡在特定的接觸區(qū)域與水的混合接觸過(guò)程中，與污泥中密度較小的顆粒結(jié)合，增大了上升浮力從而完成固液分離，液面上層浮渣通過(guò)刮渣機(jī)去除，浮渣含水率通�？梢赃_(dá)到96%[70]，這樣可以較大程度減少污泥量。浮選在去除污染物方面也具有一定效果，有研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)，采用聚合氯化鋁為絮凝劑，通過(guò)溶氣氣浮可以去除水中18種藻類(lèi)，去除率普遍達(dá)到80%，以SDS為捕獲劑通過(guò)分散氣浮可以將特定藻種去除率提升至90%[71]；溶氣氣浮在去除污水中磷和一些化工染料方面也可獲得70~80%的去除率[72]。固體顆粒能否依附于氣泡是浮選的關(guān)鍵步驟，其過(guò)程是向著體系界面能減小的過(guò)程進(jìn)行[73]，用公式2-2進(jìn)行描述，可以看到接觸角→0時(shí)，→0，氣泡與固體顆粒不會(huì)附著，→180°時(shí)達(dá)到最大值，固體顆粒最容易與氣泡附著，因此可以簡(jiǎn)單地通過(guò)固體顆粒與水的接觸角大小來(lái)衡量礦物的可浮性。氣液cos2-2式中：———反應(yīng)前后界面能之差（mJ）；氣液———?dú)怏w液體之間的表面張力（mN/m）；———固體顆粒與液體表面之間的接觸角（°）。用接觸角儀（JC2000D1）檢測(cè)購(gòu)買(mǎi)的市售藍(lán)鐵礦（上海伊卡生物技術(shù)有限公司）接
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2878427