污泥厌氧消化液中磷的去除效果与机制研究+——基于离子交换与改性水滑石吸附法

DOI:10.12170/20190501004付瑜玲，严晗璐，王丽，等.污泥厌氧消化液中磷的去除效果与机制研究——基于离子交换与改性水滑石吸附法[J].水利水运工程学报，2020（1）：25-31.（FUYuling,YANHanlu,WANGLi,etal.Studyonefficiencyandmechanismofphosphorusremovalfromsupernatantofanaerobicallydigestedsludge—basedonanionexchangeandmodifiedhydrotalciteadsorptionmethods[J].Hydro-ScienceandEngineering,2020（1）:25-31.（inChinese））污泥厌氧消化液中磷的去除效果与机制研究——基于离子交换与改性水滑石吸附法付瑜玲1,2，严晗璐2，王丽2，陈诚2，陈求稳2(1.重庆交通大学河海学院，重庆400074；2.南京水利科学研究院，江苏南京210029)H2PO−4摘要:以磷酸铁污泥厌氧消化液为研究对象，选用强碱性阴离子交换树脂（IRA402-Cl）、弱碱性阴离子交换树脂（DOWEX66）和改性水滑石开展磷酸根去除试验，探索3种材料在富铁富磷溶液中去除磷酸根的效果与机制。试验结果表明：（1）由于DOWEX66树脂具有与磷酸根（）结合力较强的叔胺官能团，相同固液比（3.0g/L）条件下DOWEX66树脂除磷效率（33.3%）优于IRA402-Cl树脂（14.2%）。（2）固定床动态吸附试验结果显示DOWEX66树脂对磷酸根的吸附穿透点约在5个柱床体积处，表示其在富铁溶液中除磷能力有限且缓冲溶液体系更有利于树脂与磷酸根的离子交换过程。（3）300℃煅烧的水滑石在模拟溶液中表现出优良的磷去除能力，在投加量为2.0g/L时磷去除率达到最高，且具有较好的铁磷分离效果，可作为污泥厌氧消化液中磷元素回收的潜力材料。关键词：磷酸铁；污泥厌氧消化液；离子交换树脂；改性水滑石；磷回收中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：1009-640X(2020)01-0025-07PO3−4铁盐被广泛应用于市政污水处理工艺，常作为化学除磷剂辅助生物法强化除磷生成富含磷酸铁（FePO4）沉淀的污泥[1-2]。磷酸铁污泥厌氧消化过程中，由于铁还原细菌（IRB）的生物化学作用，Fe（III）作为终端电子受体被还原为Fe（II），难溶的三价铁化合物逐渐转变为可溶解的二价铁盐，释放出大量磷酸根离子（）和亚铁离子（Fe2+）进入污泥上清液，形成富磷富铁的污泥厌氧消化液体系，其中磷酸根含量高达300mg/L，铁离子含量范围为100~500mg/L[3-7]。由于磷酸根和铁离子间的强结合力，磷酸铁化合物释磷能力有限，肥料潜力较低，如何从此类污泥厌氧消化液中分离并回收磷元素一直是污水资源化研究的难点。从富磷水体中提取磷元素的主要方法有结晶法、离子交换法和吸附法[8-9]，结晶法通常要求较高的磷含量且易受外来离子影响；离子交换法和吸附法则是通过将水相中的磷转移到固体材料，实现磷从污水中的分离。目前国内外主要研究的除磷剂包括有机合成材料、无机合成材料、改性活性炭、天然黏土材料以及工业、农业废弃物等[10-11]。离子交换树脂和类水滑石材料由于良好稳定的磷去除能力而受到广泛关注。离子交换树脂是一种网状结构、带有离子交换基团的功能高分子材料，具有选择、交换和吸附等功能[12]。类水滑石晶体基于水镁石[Mg(OH)2]片层状结构，其中部分二价金属离子被三价离子取代，形成带正电荷的层板，层板间为阴离子和水分子，以静电力或氢键方式与层板结合以保持类水滑石的电中性，类水滑石的层状结构以及层间阴离子与层板的弱作用力不仅决定了其卓越的阴离子交换能力，还使类水滑石具有层间阴离子缓释性能，吸附磷后可用作缓释肥[13-14]。陈进军等[15]以城市污水二级硝化出水为原水，对比研究了3种强收稿日期：2019-05-01基金项目：国家重点研发计划资助项目（2016YFC0401507）；国家自然科学基金资助项目（51809179）；江苏省双创团队项目（SC917001）作者简介：付瑜玲（1995—），女，四川简阳人，硕士研究生，主要从事城市污水处理的研究。E-mail：1040709382@qq.com通信作者：严晗璐（E-mail：hlyan@nhri.cn）；陈求稳（E-mail：qwchen@nhri.cn）第1期水利水运工程学报No.12020年2月HYDRO-SCIENCEANDENGINEERINGFeb.2020碱性阴离子交换树脂（201×4，D296，D301T）动态脱氮除磷情况，表明强碱性阴离子树脂具有一定的脱氮除磷能力；Awual等[16]研究了聚合