谈污水处理厂污泥厌氧制取磷营养液

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【摘要】在城市污水处理过程中，尤其是污水生物处理过程中会产生大量富含磷的污泥，通过厌氧技术开采污泥中的磷，经过生物发酵、化学螯合以及物理活化等工艺相结合形成一种比较新型的磷营养液，可以用于农田施肥、园林绿化等方面，从而实现污泥资源化和磷资源良性循环利用。探索污泥厌氧制取过程中磷的变化规律，可以在一定程度上保证厌氧消化系统的稳定，也可以根据此过程对磷营养液进行回收利用。本文对污泥厌氧制取磷营养液的相关研究进行分析，并且提供了相应的探索方向。

【关键词】污泥；厌氧制取；磷营养液

引言

污泥处理的常用手段是厌氧消化（见图1），富有磷的污泥在厌氧消化的过程中会产生大量的磷营养液。污泥在制取磷营养液的过程中会与其他化学物质发生反应生成沉淀，堵塞管道并导致系统内磷负荷增加，致使污泥处理厂制取出来的磷营养液不合格。再就是制取液中的磷会对厌氧制取系统中其他厌氧微生物的代谢产生影响，导致厌氧制取的系统不能够稳定运行，因此我们需要探索污泥厌氧制取磷营养液的过程。磷属于不可再生的资源，虽然目前我国的磷矿资源相对比较丰富，但是高品质的磷是相对较少的，只占总量的一小部分。污泥中含有大量的磷，磷如果从污泥中制取出来，就能够解决高浓度的磷对消化池的堵塞问题，而且也可以解决磷短缺的问题，促进磷的可持续发展。

1磷营养液在厌氧制取过程中的释放与固定

磷在污泥中有三种存在形式：①有机磷，也叫生理性磷；②聚磷；③物理化学方式固定的磷。在污泥制取磷营养液的过程中，磷有两种来源：①聚磷；②有机磷。聚磷分解后大量的正磷会被稀释到制取液中，再经过制取形成磷营养液。外界的温度、pH等条件是正磷释放速度的决定因素，当然释放的磷的量最终决定于聚磷菌胞内的聚磷含量。在污泥厌氧制取磷营养液的过程中，不只有聚磷释放磷，有机磷也会分解释放磷。当聚磷菌发生代谢作用后，它的活力会远不如从前，一部分细胞也会因此死亡。这些死亡的细胞会将自己体内的有机物质释放出来，其中就包含有机磷，正磷会随着有机磷的释放而释放。正磷的释放速度和污泥的制取率以及降解的程度有关，当然也有学者认为制取的过程中有机磷降解会放出很多的正磷，这个释放的速度可能会是一成不变的。污泥在厌氧制取的过程中释放出正磷，而关于释放磷的机制探索并不是很多。有机磷水解、生物释磷等都是在污泥厌氧制取磷营养液过程中所涉及的，但是这几个过程有的是交叉进行，有的是同时进行，所以分辨出来是一个难题。污泥厌氧制取磷营养液的过程中不仅有磷营养液的释放，还有磷营养液的自发固定。污泥在厌氧制取过程会产生金属离子，铅离子、镁离子以及铜离子等金属离子会和磷发生化学反应，反应之后就会产生沉淀。制取液中金属离子的浓度会影响磷在制取液中的形态和浓度。相关研究提出，磷沉淀的潜能取决于厌氧制取过程中镁、铜、铅等金属离子的浓度。在研究中发现，在厌氧制取磷营养液的过程中有一部分溶解性的正磷，而鸟粪石就是由正磷和镁离子发生反应生成的，其他的正磷会和铝发生反应然后被固定下来。

2磷对厌氧消化过程的影响

污泥在使用厌氧消化系统处理的时候，浓度高达100~500mg/L的磷会破坏厌氧消化系统的稳定，对系统的运行造成严重的损坏，尤其是对厌氧过程第一阶段的水解和发酵。消化液中除了磷之外，还有其他的化学物质，这些化学物质会和磷进行化学反应，形成沉淀，例如鸟粪石等，这些沉淀会把管道和消化池堵住，使消化池不能够正常运行。另外，浓度高达100~500mg/L的磷会对消化系统中一些微生物产生不良的影响。正常情况下，厌氧消化过程中的物质都是互帮互助来完成自身的代谢活动。不同的物质会把厌氧消化过程中的其他微生物分解成不同的有机物，例如：以产氢产乙酸菌为例来说明，产氢产乙酸菌就会将水解酸化的产物进行降解，生成氢气和乙酸。再就是，如果磷在污泥厌氧消化过程中的浓度比较高，就会影响产氢产乙酸菌和产甲烷菌以及水解酸化菌的代谢。外国学者探究厌氧消化的过程，发现加入不同的磷化合物就会影响厌氧消化的过程。这个研究证明，加入含磷的化合物不一样，如磷脂、核酸等含磷化合物，有机物的降解的速度就会不一样，这就证明过量的磷就会不利于产氢产乙酸菌和水解酸化菌的代谢；其次是，如果加入含磷化合物，产气的速率也会受到影响，污泥中磷的含量超过25%，就会抑制消化的过程。有机物降解的过程与水解酸化菌的代谢有直接的关系，如果后续的制取过程受到影响，就说明水解酸化菌的活跃性不大。如果厌氧消化过程中其他的有机代谢产物没有及时被分解，就证明产氢产乙酸菌的活跃性下降，产氢产乙酸菌如果受到了抑制，最终就会影响产甲烷菌的代谢。

3有利于制取磷营养液的污泥处理方式

如果消化池中磷的浓度过高，就会对消化池的运行及磷营养液的制取产生不利的影响。污泥处理的方式如果是合理的，就既能够制取高质量的磷营养液，也能够确保厌氧制取过程中污泥释放出来的磷不干扰厌氧制取过程的运行。MARTI比较了富磷污泥厌氧消化之前四种不同的处理方式：①将初沉污泥和富磷污泥分别进行浓缩；②将初沉污泥和富磷污泥两种污泥进行混合浓缩，然后将压缩后的污泥进行淘洗；③把初沉污泥和富磷污泥在接触池里混合后再压缩；④用好氧池污泥替换二沉池污泥进而提高对浓缩污泥的淘洗效率。最终表明，第四种处理污泥的方式能够减少消化池里很大一部分磷的沉淀，因此大量的溶解性磷能够被回收利用形成磷营养液。利用合理的污泥处理方式既能够提高磷营养液的制取效率，也能够将消化池中磷沉淀的概率降低。还有一种研究是在污泥进入厌氧消化池之前，将污泥进行加热处理使其中的聚磷得到完全释放，之后再加入氯化钙，使氯化钙和磷反应生成磷酸钙，这样就能够制取出磷营养液了。经过加热处理后的污泥进入消化池，既能够促进甲烷的产量，也能够降低消化池中鸟粪石的产生概率。

4磷资源化的途径

消化液中将磷制取出来回收利用的方法有很多，像电渗析法、沉淀法、结晶法以及离子交换法等。现在磷回收利用的主要手段是鸟粪石结晶的方法。当消化液中溶解性磷的质量浓度超过10mg/L，就可以使用鸟粪石结晶的方法。有的学者认为，在消化液中除了有大量的磷，还有大量的氨氮，所以只要添加适量的镁离子，就可以出现鸟粪石沉淀。结晶法也有一定的要求，一般情况下要求摩尔比在1.3:1.0左右，用曝气吹脱二氧化碳来提高pH，有的时候还需要添加碱液。一般的结晶法会采用流化床反应器，通过流体的搅拌作用，使得容器中的颗粒变成流体的形态，进而完成磷的结晶，反应容器里的鸟粪石经过重力分解后就能够进行回收了。消化液中磷的浓度达到一定程度时，只要有氨氮的存在，就可以形成鸟粪石了，因此污泥厌氧消化液在鸟粪石回收方面具有很好的前景。

5结语

为确保出水水质达到国家排放标准，目前我国大部分城市污水处理厂采取生物强化除磷工艺，从而产生了大量的富有磷污泥，富有磷的污泥在厌氧消化的过程中会释放出大量的磷，同时产生其他的微生物，磷会与其他的微生物发生反应生成沉淀，进而使消化池的运营成本增加，浓度较高的磷还会影响其他微生物的代谢，影响消化系统的运行。另外，磷作为一种比较稀缺的资源，如果将消化池中的磷回收，就可以一举两得，既能够减少消化池的运行成本，也可以实现磷资源的可持续发展。污泥厌氧消化中的磷有两种释放机制：①有机磷降解机制；②聚磷分解机制，但是这两种机制还需要进行进一步的研究。污泥厌氧消化系统的平稳运行是非常重要的，要确保系统的平稳运行，各种微生物必须要相互帮助完成自己的代谢活动。但是聚磷菌与水解酸化菌、产氢产乙酸菌以及产甲烷菌这三种微生物之间的探索并不多，所以还需要继续探索聚磷菌与这三种微生物在消化过程中的相互作用。虽然鸟粪石结晶的方法已经研究得比较深入，但是在经济和安全方面还有缺陷，还需要进行系统地探索。为了我国的磷资源可以持续地利用，更要进行多个方面的探索。总的来说，整个关于污泥厌氧制取磷营养液的研究都比较短缺，望相关学者加强这一方面的钻研，为国家的稀缺资源贡献自己的力量。

参考文献

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作者：刘利 单位：重庆市三峡鱼复排水有限责任公司