污泥稳定化过程中磷的转化规律和生物有效性

摘要

剩余活性污泥(简称污泥)作为污水生化处理的主要副产物,富集大量的磷元素,被认为是一种潜在的磷资源回收对象。本文系统地总结了污泥中磷的组成特征、分析表征方法,并综述了污泥不同稳定化过程中磷的转化规律和生物有效性。结果表明:(1)污泥中有机磷和无机磷含量分别占污泥总磷含量的10%~40%和60%~90%,无机磷主要为聚磷酸盐,有机磷主要为单酯有机磷和二酯有机磷;(2)污泥中磷可以采用顺序提取法分级,磷组成的分析表征方法主要有^(31)P NMR、XRD法、XANES法、色谱法、FTIR法、FT-ICR MS法、酶解法等;(3)在污泥水热和热解过程中,聚磷酸盐和有机磷在高温高压条件下从污泥细胞中溶出,随着水热温度升高,有机磷逐渐分解为PO_(4)^(3-),并在金属离子的捕获下生成稳定的难溶性正磷酸盐,而热解则会使得正磷酸盐进一步发生脱水脱氢反应,形成结构更加紧密和稳定的正磷酸盐矿物,在污泥厌氧消化过程中,厌氧微生物一方面会分解污泥细胞使得污泥中磷释放进入上清液,另一方面会将Fe^(3+)还原为Fe^(2+),促进Fe_(3)(PO_(4))_(2)中的PO_(4)^(3-)溶出,而在污泥好氧堆肥过程中,污泥中磷会被微生物吸收利用,并随着微生物繁殖生成微生物源有机磷,腐熟阶段后,微生物进入衰亡期导致有机磷溶出并与金属离子结合;(4)污泥稳定化产物中无机磷的生物有效性由其溶解度和稳定性决定,而有机磷的生物有效性取决于其酶解的难易程度。该研究结果可为污泥中磷的回收与高效利用奠定理论基础。