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微波輻射作用下城市污水處理廠污泥的氮磷釋放特性

文檔作者：程振敏魏源送劉俊新文檔來源：中國科學院生態環境研究中心		點擊數：	更新時間： 2025年05月11日
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第lO卷第1期
2010年2月
過程工程學報
The Chinese Journal of Process Engineering
Vbl．10 No．1
Feb．2010
微波輻射作用下城市污水處理廠污泥的氮磷釋放特性
程振敏， 魏源送， 劉俊新
(中國科學院生態環境研究中心，北京100085)
摘要：實驗考察了常壓和不高于100℃條件下城市污水處理廠污泥在微波輻射作用下的氮、磷釋放特性．結果表明，
微波輻射可迅速將污泥中的氮、磷釋放到液相中，且不需投加任何化學藥劑．當微波輸入能鼉相同時，隨污泥濃度提
高，微波處理后污泥上清液中的氮、磷濃度均提高．與低功率微波輻射相比，高功率微波輻射能更為迅速地將污泥中
的氮、磷釋放出來．微波功率為900 W時僅用時100 s，污泥上清液中的總磷及總氮濃度分別從處理前的2．05和19．58
mg／L迅速提高到31．46和115．10 mg／L．
關鍵詞：微波輻射；污泥；氮；磷：釋放
中圖分類號：X703．1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-606X(2010)01-0138-04
1 前言
過量的氮、磷排放是造成水體富營養化的重要原
因，通常水體中的總磷濃度達0．02 mg／L時，水環境的
生態平衡就會遭到破壞．為了有效遏制水體富營養化，
城市污水處理廠在去除污水中有機污染物的同時，也需
要去除污水中的氮、磷．因此，一些具有脫氮除磷功能
的污水生物處理工藝(如A2／O等)在城市污水處理廠得
到了廣泛應用．經過脫氮除磷污水生物處理工藝凈化，
城市污水中的氮一部分被轉化為氮氣脫除，一部分被微
生物用來合成自身細胞，而磷則幾乎全部轉移到污泥中．
生物除磷工藝產生的污泥含磷量約為4％i¨，甚至高達
9％以上【2】．2000年我國磷礦平均品位(P205)為
18．713％【礬，折合成磷僅為8．17％．磷是一種不可再生資
源，自然界中的磷礦石儲量有限．因此，城市污水處理
廠產生的富磷污泥適合作為磷回收的原料，可緩解磷資
源匱乏的壓力．
污泥磷回收過程分為釋放和回收2個階段，其中關
鍵因素是磷釋放，即將磷從污泥(固相)釋放到液相，從
而為后續的磷回收奠定基礎．為了將污泥中的磷迅速釋
放出來，以滿足磷回收的需要，各國學者引入了多種物
理、化學手段，如加熱闈、臭氧氧化【51、投加酸堿[61等．近
來的研究【7叫表明，利用密閉加壓微波輻射、密閉微波
輻射／過氧化氫聯合作用作為磷釋放手段，可取得很好的
效果，但不足是需高壓(最高達3 MPa)和高溫(最高達
220℃)．因此，本研究在微波輸入能量一定的情況下，
考察常壓和不高于100℃條件下，在微波輻射作用下污
泥的氮、磷釋放特性，從而為開發經濟高效的污泥磷回
收技術提供依據．
2 實驗
2．1材料與試劑
材料：實驗所用污泥取自北京某采用A2／O工藝的
城市污水處理廠，其特性見表1．將原污泥調節為4個
濃度梯度：2001，2833，4490，6757 mg／L，其特性見表
2．0．45岫1水相針式過濾器購自北京安普生化科技有限
公司．
試劑：磷酸二氫鉀、氯化銨和硝酸鉀為優級純，濃
硫酸、鉬酸銨、酒石酸銻鉀、抗壞血酸、氫氧化鈉、碘
化鉀、碘化汞、酒石酸鉀鈉、過硫酸鉀和鹽酸為化學純，
表2經調節后污泥特性
Table 2 Adjusted sludge characterizations
叢生!!【罌!g型￡Q±：：：￡【里g生2 墮些：：型韭型生2 衛f墮g匹2 1型f!篁絲2
200l 1．27 0．37 1．36 15．40
2833 1．66 037 1．64 21．17
4490 1．89 0．70 1．82 20．37
6757 1．95 0．67 2．05 19．58
收稿日期：2009-09—14，修回日期：2009—1l一27
基金項目：國家高技術研究發展計劃(863)基金資助項目(編號：2007AA062347)
作者簡介；程振敏(1982一)，男，河北省遵化市人，碩士，助理工程師，環境工程專業：魏源送，通訊聯系人，E-mail：yswei@roees．∞．弛
萬方數據
第1期程振敏等：微波輻射作用下城市污水處理廠污泥的氮磷釋放特性139
以上試劑均購自北京化學試劑公司．
2．2實驗裝置與儀器
實驗裝置：確腰Y-1T型微波反應器(巨龍微波能設
備公司)，頻率2．45 GHz，磁控管最大輸出功率I kW，
可無級調節，腔體容積25 L，具有可升降攪拌裝置及測
溫探頭，磁控管開啟時間可由定時裝置控制．
實驗儀器：鼓風干燥箱(湖北黃石醫療器械廠)，循
環水式多用真空泵(鄭州長城科工貿有限公司)，高壓蒸
汽滅菌鍋(德國H+P Labortechnik公司)，紫外一可見分光
光度計(日本Shimadzu公司)，紅外消解爐(北京市通潤
源機電技術有限公司)．
2．3實驗及分析方法
分別取200 mL污泥混合液于500 mL玻璃燒杯中，
置于微波反應器中，在微波輸入能量(微波功率×處理時
間)為定值的條件下，選擇3個不同的微波功率和反應
時間組合(400 Wx225 s，600 Wxl50 S，900 Wxl00 s)，考
察微波作用下污泥中氮、磷的釋放特性．攪拌槳轉速為
60 r／min．測試指標包括混合液懸浮固體濃度(Mixed
Liquor Suspended Solids，MLSS)、混合液揮發性懸浮固體
濃度(Mixed Liquor Volatile Suspended Solids，MLVSS)、
正磷酸鹽、總磷、氨氮、總氮濃度，均按標準方法【101
測定．Pearson相關分析使用SPSS@1 1．5 for Windows．
3結果與討論
3．1磷釋放
微波處理后污泥中的磷迅速釋放到上清液中．如
圖1所示，3個微波功率一時間組合條件下的磷釋放情況
較相似，隨污泥濃度提高，處理后污泥上清液中的正磷
酸鹽及總磷濃度均有所提高．污泥濃度最高值為6757
mg／L情況下，經400，600，900 W微波處理后，上清液
中正磷酸鹽濃度分別從處理前的1．95 mg／L提高到10．44，
11．56和15．56 mg／L，總磷濃度分別由處理前的2．05
mg／L提高到28．13，31．20及31．46 mg／L．相比污泥濃度
為2001 mg／L的樣品，經不同功率微波處理后，濃度為
6757 ms／L(提高約3．4倍)的污泥上清液中總磷濃度分別
提高了4．1，4．0及3．9倍，說明在微波處理前提高污泥濃
度有利于污泥中總磷的釋放．
Pearson相關分析結果(見表3)表明，微波處理后污
泥上清液中的正磷酸鹽及總磷濃度均與污泥濃度呈顯
著正相關，且正磷酸鹽濃度與總磷濃度也呈顯著正相關．
從總磷釋放率看，雖然污泥濃度由2001 mg／L提高到
2833 mg／L后總磷釋放率有所下降，但總體看，污泥濃
度提高有利于總磷的釋放．Liao掣7】的研究結果表明，
污泥濃度最高的樣品經微波處理后，其磷釋放效果最
差，此結果與本研究結論相悖．需要注意的是，本實驗
是將一個污泥樣品預先調節為幾個不同的濃度梯度，即
除濃度不同外，其他特性均一致；而Liao等的研究中
污泥樣品來自兩座不同污水處理廠，其特性不同．由于
污泥組成較為復雜，因此，其對微波處理過程中磷釋放
的影響還有待進一步研究．
600W．1 50三900W。1。堡S
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15
12
9
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Mixed liquor suspended solids，MLSS(mg，L)
1．2001 2．2833 3．4490 4．6757
圖l污泥濃度對磷釋放的影響
Fig．1 hnpact of sludge concentration on phosphorus release
表3不同微波功率時污泥濃度、正磷酸鹽、總磷、
氨氮及總氮的Pearson相關分析
Table 3 Pearson analysis ofMLSS，P04tP，1E NI-h+．N
墊壘!型坐壘!!!!型巴i!翌!型!P21里型些!
Ⅶ啪—黑p嗍Item I'043一．P TI' Nl-h+-N TN
MLSS 0．9972)0．9891) O．937 0．9972)
400 啊T’P巾仉995刁嬲，鬻；
NH4+．N O．9561)
Note：1)Significantly correlated(P<0．05，2-tailed)；2)Significantly
correlated(Pt0．01，2-tailed)．
已有的研究【7叫重點考察了微波輻射處理污泥時處
理溫度與處理時間對污泥磷釋放的影響．本研究的重點
則是在微波輸入能量(微波功率×處理時間)相同的情況
下，考察不同微波功率下微波輻射對不同濃度污泥磷釋
放的影響．本研究對所有樣品均進行的溫度監測結果表
明，處理結束時12個樣品的最終溫度為(76．4+7．9)℃(平
均值±標準偏差)，可見在微波輸入能量相同的情況下，
不同微波功率一處理時間組合的熱效應較一致．如圖2
所示，在污泥濃度一定的條件下，微波功率為600及900
w時污泥磷釋放略好于微波功率為400 W時，但差別
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萬方數據
140 過程工程學報第lO卷
并不顯著(見表4)．但從時間因素考慮，在不增加能量消
耗的情況下，與低功率微波處理污泥相比，采用高功率
微波輻射無疑能提高污泥處理效率．
．MLSS 2001 MLSS 2833 MLSS 4490 MI群3757
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圖2微波功率對磷釋放的影響
Fig．2 Effect ofmicrowave power on phosphorus release
表4不同污泥濃度時微波功率、正磷酸鹽、總磷、
氨氮及總氮的Pearson相關分析
Table 4 Pearson analysis ofmicrowave power，Pot一-p，TP，
NH4+-N and TN at different MLSS values
，IVILS。S Item P043-．p TP NI{．+．N "IN
Microwav．epower
o·887 o．89j，0．217 0．434
zoo· 嘩{ 1。咖1’：．躬64；：：盟：
Nm+．N -0．786
Note：1)Significantlycorrelated C尸．

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