英语原文共 12 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
从化粪池中回收磷：最佳条件和锥形速度梯度的影响
摘要：
越来越多的人们认识到从废水中回收产品和循环再利用的潜力。对分散处理系统的兴趣与日俱增。许多发展中国家采取的以卫生为重点的政策和干预措施主要是用化粪池进行污水管理。随着磷矿石储量的不断减少，从废水中回收磷是应对这种消耗的实用策略之一。部分厌氧消化化粪池中的大量有机物将有机磷转化为可溶性正磷酸盐，使其得以回收。测试并优化了影响这种回收率的因素，例如pH，镁（Mg）与磷的摩尔比，速度梯度和混合时间，以回收作为鸟粪石的磷。最佳条件下，可以回收90％以上的磷。鸟粪石晶体的最大尺寸是201mm。在影响磷回收率的因素中，pH和Mg/P比影响回收率效率，而速度梯度和混合持续时间影响鸟粪石晶体的尺寸。逐渐减小速度梯度不仅使晶体尺寸从280 mm显着增加到371.9 mm，也减少了62％的能源需求。研究表明，新的反应堆设计可以基于在锥速度梯度的概念上改善鸟粪石晶体的性能。
关键词：
化粪池 鸟粪石 参数优化 营养回收
正文：
- 介绍
随着世界人口的增加和经济的继续发展，粮食生产所需的能源、水、材料和营养物质将日益增加。在研究圈中很好理解的水-能量关系可以扩展到水-营养-能量关系，以涵盖可以在循环到软流域的物质的回收。污水中的资源包括能源和土壤养分。虽然关于回收资源的研究已经进行了几十年，目前的主要目标之一是防止或尽量减少土壤养分的流失，以保护环境。 磷(P)是三大植物养分之一，与氮(N)和钾(K)一起， 其稀缺性可能成为农业实践变化的驱动力。 根据2018年的报告，全球磷酸盐岩储量约为7,000万吨，主要集中在摩洛哥和西撒哈拉，中国，阿尔及利亚，巴西和南非，但最终必将耗尽。从废水中回收磷酸盐是处理这一消耗的实际战略之一，将与鼓励转向清淡或无肉饮食等行为措施一起部署。此外，如果污水处理厂(STP)有效地进行资源回收，并且回收的产品质量好,资源回收可以成为其收入来源。
人们日益认识到从废水中回收和再循环产品的潜力，同时对分散处理系统的兴趣也越来越大。南亚许多国家(如印度的Swachh Bharat特派团、尼泊尔的环境卫生和个人卫生总体计划以及孟加拉国的供水和卫生国家战略)采取了以环境卫生为重点的政策和干预措施，这些政策和干预措施强调建造厕所和浸泡池以及化粪池是这些举措中的间隔管理的主要内容。化粪池中的厌氧条件会产生富含氨氮（NH4-N）和正磷酸盐（P（PO4-P））的液体。 但是，从该来源回收P的研究很少受到关注关于将P回收为蓝铁矿的研究很少。
正是在这种背景下，本研究试图通过使用已知的节能的锥形速度梯度方法，找到从这种分散源（即化粪池液）中回收P的最佳条件，使恢复对分散式系统具有吸引力。 化粪池是分散污水处理的一部分，以降低处理污水五天后测量的生物需氧量(BOD5和污水中总悬浮固体(TSS)的浓度。
本文简要介绍了几种恢复P的方法。回收磷的技术采用不同的工艺，选择取决于废物的类型。例如，结晶用于液体流，湿化学萃取用于干污泥。热化学工艺用于污泥以及污泥灰。回收后的产品有：鸟粪石，羟基磷灰石(HAP)，磷酸铝等，表S1概述了磷回收的技术、方法和回收产品。磷回收的最主要形式是镁磷酸铵（MgNH4PO4.6H2O，也称为鸟粪石），然后是HAP（Ca5（PO4）)3（OH））。鸟粪石是首选，因为它逐渐释放P，不会燃烧植物的根部，并且无毒。
从废物中回收磷的相关文献以不同的方式表达了回收效率。 一些研究人员报告了磷的减少程度，一些研究人员报告了回收的磷量（分别取决于目标，即污染控制或资源回收）。 有些关注回收产品的结晶形式；另一些关注沉淀，结晶形式是一个更纯净的产品。然而，实验室规模的研究报告了沉淀的结果只有大规模的研究在他们的报告中使用结晶形式。
鸟粪石的形成取决于pH，温度，混合能量，组成离子的摩尔比以及废水中外来离子的存在。 鸟粪石的成核和络合物如MgOH ，MgH2PO4 ，MgHPO4，H3PO4，H2PO4，HPO42-和MgPO4-的形成受pH的影响。据报道鸟粪石结晶的最佳pH值为8.5-10：值越高，回收率越高，尽管pH大于10会降低结晶效率。 温度影响鸟粪石晶体的生长及其形态。 Boistelle 等人（1983）报道，当温度从25 ℃升高到37℃时，晶体的形状从正方形变为矩形。环境温度或较低温度是回收鸟粪石的首选温度，因为较高的温度会溶解鸟粪石晶体。
混合条件（由速度梯度G确定)影响鸟粪石的形成：不充分的混合可能会在达到平衡之前停止沉淀，导致结晶不良或形成非晶态析出物。此外，混合会影响晶体的生长，从而影响鸟粪石晶体的大小。此外，湍流释放CO2 导致pH增加，有利于晶体的形成。Wang等人还有Dhakal研究了G值下33s-1-76s-1的P去除效率并得出结论，在更高的G值下，80%的回收率是可能的。
Demeestere等人，2001年, Stratful等人，2001年还有Choo等 人，2011年 研究了混合持续时间(T)的影响（td)，并得出结论 将混合时间延长到超过阈值并不会导致更高的磷回收率。 Kim等人，2009年表明G 和t的乘积d 是P和N去除效率的一个重要参数，发现它遵循GT的对数函数d：以10之间的值产生的鸟粪石晶体104和105 比在较大值下产生的更纯净，这可能导致非鸟粪石沉淀。
从理论上讲，当Mg和P的比率为1时，形成鸟粪石。各种研究已经测试了Mg/P比率为0.75至2。据报道，在给定的氮磷比和pH值下，磷的去除效率随着镁/磷比的增加线性增加，直到一定极限后减少。此限制或最佳比例可能与1.3至2。废水中钙离子（Ca2 ）的存在与Mg2 竞争在与P. Wang等人进行的降水中（2005年）钙/鸟粪石的钙/镁比为1。Bayuseno和Schmahl，2020年获得的沉淀物少于Ca / Mg比为1或更高时，鸟粪石含量为50％。相似的结果是Yan和Shih在2016年的报道，他们发现鸟粪石Ca/Mg比从0.1增加到1.3时含量降低；比值进一步增加到2，鸟粪石峰消失了（X射线衍射显示）。他们的研究还探索了效果Ca/Mg比值在多个pH值下对鸟粪石沉淀的影响：在恒定的pH值下，鸟粪石含量随Ca/Mg比的增加而显着降低，而在pH值超过10时最低。因此，Ca2 对鸟粪石的形成有不利影响。研究得出结论，在高pH下，Ca2 对多种沉淀物的形成有抑制作用，而不是鸟粪石，从而降低其纯度。除Ca2 干扰外，其他一价和二价离子（如Na 和K ）也会通过阻断活性点位抑制鸟粪石晶体的生成。
锥形G涉及沿液体流动方向逐渐减小G。 平均值G分为时间和广泛的G值。这一概念被用于有效地使用絮凝剂来降低絮凝过程中的净能耗。基于絮凝过程的经验，本研究测试了锥形G对结晶沉淀物回收的影响。
上述因素对磷的大规模回收具有重要意义。首先，磷回收的最佳条件受水质影响，这意味着需要测试和报告不同类型的废水以编制清单或数据库。迄今为止报道的类型包括某些行业的废水，厌氧消化的污水污泥液和动物粪便，但化粪池液尚无可用的报道。 其次，到目前为止，尚未进行任何工作来优化因素（Mg/P比，pH，混合能量和持续时间），同时也没有研究锥形G对P回收率或晶体尺寸或节能的影响。
- 材料和方法
考虑了四个变量来优化从化粪池液体中结晶沉淀物中的P的回收率，即pH值，Mg与P的摩尔比（Mg / P），G和td。每组实验重复三次，其平均值被用于评估任何单个变量是否对产量产生任何显着影响。 从液体中磷的还原程度来评价磷的回收率用x射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)验证了鸟粪石晶体的存在。该实验之后是另一个实验，其中变量同时变化。使用软件包，即Design-Expert版本12 Stat-Ease Inc来设计实验。进行了同步优化，以探索最终影响磷回收效率的参数之间是否存在任何相互作用。最后，通过分三步减小G值，同时将其他因子数值保持在通过同步优化实验获得的水平，来研究锥形G的效果。
2.1 废水的收集和表征
选择德里的化粪池进行研究，并通过观察废水中BOD5来验证其工作状态：减少30％表示性能令人满意。该化粪池设计用于六个家庭，有两个大小相同的隔室，总的废水停留时间为12天。2018年4月，5月和6月的不同日期，每月在化粪池的入口和出口采集废水样本六次。18个样品的废水检测指标包括：pH，化学需氧量（COD），BOD5， TSS，PO4-P，NH4-N，可溶性Ca2 和Mg2 。样品冷藏保存，收集后2小时内带到实验室。随后于2018年7月至2019年5月根据需要收集了优化P回收率的样品。使用美国公共卫生协会（APHA）标准方法进行水质分析：通过钒酸盐-钼酸盐方法在470 nm波长下测量正磷酸盐磷; 氨选择电极法测定NH4-N；电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定可溶性Ca2 和Mg2 的浓度。通过注意化粪池入口点和出口点的参数值，并将其差值除以入口处的值，可以计算出化粪池所实现的污染减少百分比。
2.2 参数的优化
在装有1升废水样品的2升烧杯中的广口瓶测试仪中进行分批实验。为了使N：P保持在5：1，向废水样品中添加了适量的1M NH4Cl。过量的氨推动反应趋向鸟粪石的形成并形成缓冲溶液。用于搅拌的桨叶宽7.6厘米，长2.5厘米，，以 0.140 转/分的速度运行，使用公式（1）和公式（2）估算相应的G。
其中G是速度梯度（每秒，s-1）； P是用于混合的功率（W或Nm/s）； V是液体的体积（m3）；mu;是动态粘度（Ns/m2），rho;是质量密度（kg/m3）； A是桨的面积（m2）； Cd是絮凝器桨叶的阻力系数，取为1.8； v是桨叶尖端附近的流体速度（m*s-1），取为桨叶尖端速度的0.7倍。
为了确定最佳pH，通过连续滴加一滴1M NaOH储备溶液，搅拌并观察数字pH仪显示的读数，将其值从8逐渐增加到10。在此实验中，其他三个变量保持不变：G，343 s-1;镁：磷，2：1;和td60分钟。在设定时间td结束时，将样品静置2-3小时以使沉淀物沉淀，在上面留出澄清溶液。通过膜滤器（孔径为0.45 mm）过滤10 mL此澄清溶液，以测量流出液中P的浓度，并将其余部分离心以分离沉淀物。将沉淀物（沉淀物）在30-40 ℃下干燥24 h，并用于分析。
为了确定最佳的G值，使用与上述相同的步骤，并通过以30、50、70、100或140 rpm的速度操作桨叶来改变G的值。 其他参数保持恒定，pH值是在上述实验中最佳的。
为了确定最佳的Mg/P比，可通过添加适量的分析纯氯化镁在1.34-2.2的范围内变化。 td为60分钟，pH和G分别为最佳值。
最后，为了确定最佳t
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[257499]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
