污水污泥的浓缩和处理以减少磷的释放外文翻译资料

 2021-11-18 21:54:24

英语原文共 10 页

污水污泥的浓缩和处理以减少磷的释放

A.R.PITMAN,S.L.DEACON and W.V.ALEXANDER

位于约翰内斯堡2000好的污水管理分公司，城市工程师分部，邮政信箱4323和位于南非的桑顿2194，邮政信箱2194

（于1990年12月首次收录；1991年12月收录其修订版）

摘要：约翰内斯堡市议会在过去15-16年中，一直尝试使用化学和生物方法去除废水中的营养物质。随着日新月异的污泥处理技术的出现，富磷污泥的回收处理液中暴露了一些我们没有见过的问题，而这些问题在以后技术发展以后会暴露的更多。本文通过室内和中试规模的实验，确定了除去污泥中磷的可行性方法以及富磷活性污泥中磷释放的方法。本文还讨论了脱水前对富磷污泥进行预处理的新规模装置的设计，在考虑污泥处理的新工艺的同时，还考虑到最终污泥处理的工艺比选。从厌氧消化和初次污泥处理以及浓缩脱水中，重点是预曝气和预磷酸盐沉淀，它们能尽量减少磷酸盐释放到液相中。本文还介绍了直线筛网的污泥浓缩技术，并将其与带式压滤机联合完成脱水操作。

关键词：除磷，污泥浓缩，石灰沉淀，污泥脱水，污泥曝气

介绍

约翰内斯堡污水净化厂排出的废水将流到该城市北部和南部的两个水域敏感区域，，排放标准为1.0mg P/1磷酸盐。通过大量的实验（例如Osborn等人于1986年、1989年开展的；Nicholls等人于1987年开展；Pitman等人于1987年开展；LOuml;tter于1989年开展的实验）和来自R.S.A研究者的研究发现，今天我们可以在约翰内斯堡设计和运行符合1.0mg P/1磷酸盐标准的营养物质去除活性污泥工艺。对于未采用此工艺的旧厂，可以通过补充铁盐来达到这一标准。

在我们前面说道的工艺中，原理是将磷从液相中分离出，与固相进行结合，因此我们在污泥处理的过程中，必须注意保证磷返回液相所需的最小释放量。尽管在以往的文献中，有着从液相中除磷的大量实验，但是对于富磷污泥的处理和处置却鲜有关注（Ladendorf，1989；Pitman等人，1989）。由于约翰内斯堡产生的大部分废水污泥，用于特定农田上作为其液体硝化污泥进行处理，该市到目前为止仍未意识到污泥中的磷含量。然而，我们需要用更加复杂的污泥处理技术，例如利用脱水，集中控制和去除污泥液中的磷。本文着重在介绍约翰内斯堡为改善污泥处理设施所进行的一系列研究和开发工作，特别是对于富磷废活性污泥（WAS ）需要进行相应的浓缩和脱水，以此来限制污泥处理野种的磷含量，再将其回收循环到液相中。

污泥液中的磷含量

污泥溶液以及污泥悬浮液中通常溶解有大量的磷。村上等人在1987年的实验表明，生物去除过程中，有60% 的磷能在污泥的厌氧消化中释放。

表1显示了在约翰内斯堡进行的一项调查的结果。可以看出，厌氧消化后的污泥液中磷酸盐含量最高，此外，还发现液相中磷的浓度与污泥的处理方式有很大的关系。例如，通过约翰内斯堡的经验表明，原污泥在初沉池（PST）和浓缩机中停留的时间越长，磷的溶解程度越大。这一点很重要，我们可以在活性污泥法中，鼓励人们增加磷酸盐积累细菌增殖所需的可溶性基质，以使原污泥停留在初沉池和浓缩机中时，使磷能够更好地释放（Pitman等人，1987年）。

表格1 污泥液中磷酸盐的含量

溶液类型 磷酸盐的浓度范围（mg P/l）

厌氧硝化污泥 60-130

原污泥 20-50

富磷废活性污泥—溶出液 0.2-10

—渗出液 10-20

此外，有研究发现，由于富磷活性污泥在厌氧条件下很容易释放出磷酸盐，所以在溶解空气浮选（DAF）装置和脱水设备中的固体捕获效率非常重要。固体截留能力越差，即液相悬浮物中固体含量越高，潜在磷酸盐释放的能力越大。固体释放磷的程度取决于厌氧储存时间。此外，当这些固体与未经处理的污水接触时，如在对PSTS入口对接进行循环时，由于磷酸盐的积累造成了污水中的微可溶性基质的同化作用，能使大量的磷酸盐释放（LOuml;tter，1989）。

而在测定磷酸盐前的厌氧硝化污泥样品的预处理，同样对所得结果有很大的影响。

表2给出了一个典型的例子，磷酸盐的含量取决于样品的预过滤程度。这些都表明了，该溶液中相当比例的磷酸盐细颗粒形式存在，而它们能够将通过滤纸，溶解在磷酸原盐分析（APHA，1981）法使用的酸性介质中，它们也归类为可溶性磷酸原盐。

表2 不同滤液及厌氧污泥样品中磷酸盐的浓度

样品制备 磷酸盐浓度（mg P/l）

离心机（1） 126

（1） 玻璃纤维过滤器（2） 104

（2） 3mu;m滤波器（3） 99

（3） 0.45mu;m滤波器 68

磷循环程度

为了确定磷循环的程度，在约翰内斯堡古德库普斯的一家工厂开展了一项调查。该厂的硝化系统由PST、原污泥浓缩池、平衡池、生物营养去除装置、DAF装置和厌氧消化池组成，消化后的污泥被送往土地处置场。图1显示了调查获得的平均磷酸盐结果。如图所示，原污泥和浓缩液将大量磷酸盐循环到液相，幸运的是，生物反应器能够处理磷酸盐激增负荷；但是，如果消化后的污泥要脱水，而这些液体在没有充分预处理的情况下循环使用，生物反应器就无法处理增长的符合。为此，我们作出了对液体进行预处理，以达到除磷目的的设想。

磷酸盐浓度

图1 Goud Koppies生物反应器所用饲料中磷酸盐浓度增加的例子

排水

澄清剂

生物反应器

回流

平衡罐

剩余活性污泥回流

浓缩

污泥至硝化池

预处理

原活性污泥

污泥处理液除磷

剩余活性污泥（WAS）

在浓缩和脱水过程中，重要的是确保固体的捕获量，以尽量减少富磷固体进入到循环系统中，如前所述，富磷固体将释放磷酸盐。在搬运过程中，使用石灰或铁和铝盐这类化学添加剂可降低释放程度（Murakami等人，1987）。

由于实验室初步的实验，表明消化污泥的通气可以促进磷酸盐在液相中的沉淀，因此决定了通气对WAS的影响。在一个典型的研究中，我们将一个生物营养去除厂的混合液样品分成两部分，一半预曝气20小时，然后静置6小时；另一半只静置6小时，在非反应期测定磷酸盐浓度，所得结果如图2所示。我们能够看到，混合液样品在未经预曝气的样品会抑制厌氧磷酸盐的释放。这一结论非常重要，因为进行曝气预处理的样品再通过浓缩和脱水操作，就不会释放磷酸盐进入处理液中。

图2 预曝气对活性污泥后续好氧贮存过程中磷酸盐释放的影响

预处理20小时

没有进行预处理

磷酸盐的浓度 P mg/l

厌氧硝化污泥

消化后的污泥液在溶液和悬浮液中含有相对大量的磷酸盐，如果回收的时候未经处理，活性污泥工艺中处理磷酸盐的负荷将会增加，我们可以在后续工艺中用石灰或金属盐进行化学添加使这种磷酸盐再沉淀。

图3显示的是添加石灰对约翰内斯堡北部工厂厌氧消化污泥样品的影响。我们可以看出，大量的石灰能将磷浓度降低到可接受的水平，并且大部分磷酸盐以细颗粒沉淀，这需要一定的絮凝效果才能将其从我们的设备上去除。

由于用石灰去除磷酸盐需要较高的pH值，因此需要加入相当量的石灰才能达到pH水平。使用其他金属盐虽然更具成本效益，然而石灰是一种有吸附作用的化学物质，同时它还有助于污泥脱水和滤饼质量。因此，这项研究被扩展到如何提高石灰的效果。

图3 通过石灰的增加从厌氧消化污泥中去除磷酸盐，同时显示样品制备对最终结果的影响

离心后

玻璃纤维滤液

3mu;滤液

0.45mu;滤液

石灰（g/l）

磷酸盐浓度/P mg/L

废水处理厂的操作人员有时会遇到管道中硬磷酸盐垢残留的问题；例如，在约翰内斯堡北部的工程中，由于形成了一种钙和镁-磷酸铵混合物的垢，300 mm的管孔被迫减少到80 mm。经验表明，如果让消化后的污泥冷却并释放气体（CO2），则结垢的可能性会大大增加。（Salutsky，1972）表明，如果对消化后的污泥进行脱气，并添加Ca2 和Mg2 等金属阳离子，可以获得一种有价值的肥料。同样在硬水地区，不添加这些阳离子而使磷酸盐完全沉淀是可能的。因此我们决定探索消化污泥的脱气和冷却方法，其中曝气法和重力浓缩是对消化后污泥进行预处理一种有效方法。表3显示了实验室中消化污泥样品的通气结果。如图所示，2小时的曝气导致了二氧化碳的释放，从而引起的pH值的增加以及碱度、邻磷酸盐和硬度水平的降低，后者可能是由于钙和磷酸镁化合物的沉淀造成的结果。这些结论在童言的条件下得到了一致的结果，因此得出结论：对消化污泥进行曝气会使磷酸盐沉淀和液体碱度的降低。同样通过表4的结果，氨也可以挥发。

表3 硝化污泥曝气结果

未曝气处理 曝气两小时

pH（未进行过滤） 7.7 8.8

碱度（碳酸钙） 3080mg/l 2680mg/l

邻磷酸盐 100mg/l 45mg/l

硬度（碳酸钙） 164mg/l 106mg/l

*均通过玻璃纤维滤纸过滤

在污泥堆肥操作之前，生于活性污泥需在带式压滤机上进行脱水和厌氧消化，因此我们对这些污泥的混合物进行了通气试验。在实验室初步实验中，观察到剩余活性污泥的量与氨硝化相关。

表4消化污泥曝气效果（脱氨效果）

未曝气处理 曝气处理

pH（未进行过滤） 7.8

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