一种利用甘氨酸作为释磷剂从含磷污泥中回收磷的方法
阅读说明：本技术 一种利用甘氨酸作为释磷剂从含磷污泥中回收磷的方法 (Method for recovering phosphorus from phosphorus-containing sludge by using glycine as phosphorus release agent ) 是由 邱光磊 田煜程 陈航 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用甘氨酸作为释磷剂从含磷污泥中回收磷的方法；在厌氧条件下向富磷剩余污泥中加入外源甘氨酸,在不消耗甘氨酸的条件下,激发并实现污泥微生物细胞中聚合磷酸盐的分解与磷酸盐的释放,得到释磷后的混合液；将释磷后的混合液经静置,实现固液分离；固液分离后的富磷上清液,经pH调节或沉淀剂的加入,实现磷酸盐的沉淀,得到磷酸盐沉淀物；待磷酸盐沉淀物干燥后,即得到磷回收产品；磷酸盐回收后的含甘氨酸上清液可循环使用,进行下一批次污泥磷酸盐释放；本方法可通过调节混合液中甘氨酸浓度实现磷酸盐释放速率的调控,并可保证磷的高效、快速、充分释放,溶液中甘氨酸极少消耗,可进行循环使用。(The invention discloses a method for recovering phosphorus from phosphorus-containing sludge by using glycine as a phosphorus release agent; adding exogenous glycine into the phosphorus-rich excess sludge under an anaerobic condition, and exciting and realizing the decomposition of polymerized phosphate in sludge microbial cells and the release of phosphate under the condition of not consuming glycine to obtain a mixed solution after phosphorus release; standing the mixed solution after releasing the phosphorus to realize solid-liquid separation; the supernatant rich in phosphorus after solid-liquid separation is subjected to pH adjustment or the addition of a precipitator to realize the precipitation of phosphate, so as to obtain phosphate precipitate; after the phosphate precipitate is dried, a phosphorus recovery product is obtained; the glycine-containing supernatant after phosphate recovery can be recycled for the next batch of sludge phosphate release; the method can realize the regulation and control of the release rate of the phosphate by regulating the concentration of the glycine in the mixed solution, can ensure the efficient, rapid and sufficient release of the phosphorus, has little consumption of the glycine in the solution, and can be recycled.)
技术领域
本发明涉及污泥资源化技术与磷资源回收领域，尤其涉及一种利用甘氨酸作为释磷剂从含磷污泥中回收磷的方法。
背景技术
磷是重要的水环境污染物，作为植物的营养物，其在水体中过高的浓度会刺激蓝细菌/藻类过度生长，造成蓝藻水华，危害水生态健康和饮用水安全。
作为水体富营养化的关键控制性因素之一，磷在水体的安全阈值低至0.05-0.1mg/L，除磷是城市污水处理的重要任务之一。
此外，磷也是重要的不可再生资源。磷的最主要用途是作为肥料增加粮食生产，目前，世界已探明磷储量仅够支持人类发展百余年的时间，而磷资源的耗尽将直接威胁粮食安全。全世界每年约有300多万吨磷随污水流失，对污水中的磷进行回收可以满足目前15-20％的磷资源需求。
在城市污水处理过程中实现磷的高效去除以及后续的回收，对于保护水环境生态系统健康、实现磷资源的可持续利用意义重大。
强化生物除磷是目前城市污水处理厂中最广泛采用的除磷工艺之一。该系统依靠聚磷菌独特的生理代谢特性：在厌氧条件下分解细胞内多聚磷酸盐获取能量从污水中摄取小分子挥发性脂肪酸转化为储藏在细胞内；好氧条件下降解聚羟基脂肪酸脂获取能量，过量摄取水中溶解态正磷酸盐合成多聚磷酸盐储存在细胞体内，富磷细胞随剩余污泥排出污水处理系统，从而达到除磷目的。在该过程中，聚磷菌将污水中磷酸盐转化到细胞内实现了城市污水中低浓度磷酸盐的富集，产生了大量的富磷污泥。如何将污泥中聚磷菌细胞内储存的磷元素释放是一个需要解决的关键技术问题。
目前常见的技术包括污泥消解和外加碳源法。污泥消解法包括物理方法(高压喷射、微波辐射、加热法等)和化学方法(臭氧氧化法、氯气氧化法、酸解法、碱解法等)。
但这些传统方法都存在着污泥释磷困难、释磷不充分、能耗较大、运行费用较高等问题。
对于外加碳源法，需要不断补充碳源，且添加不当容易造成碳源的浪费和过多剩余污泥的产生。
我们研究发现，甘氨酸作为释磷剂在厌氧条件下可以诱导聚磷菌释磷而自身几乎不被消耗，意味着甘氨酸相比于传统碳源拥有消耗少、可循环使用的优点。由此，本发明提出利用甘氨酸作为释磷剂实现强化生物除磷系统富磷剩余污泥中磷酸盐的低成本、高效回收方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种利用甘氨酸作为释磷剂从含磷污泥中回收磷的方法。
本方法可通过调节混合液中甘氨酸浓度实现磷酸盐释放速率的调控，并可保证磷的高效、快速、充分释放，溶液中甘氨酸极少消耗，可进行循环使用，相比于传统工艺，大大节约了药剂成本，实现了低能耗、低投加的富磷污泥中磷酸盐的释放与回收。
本发明通过下述技术方案实现：
一种利用甘氨酸作为释磷剂从含磷污泥中回收磷的方法，包括如下步骤：
在厌氧条件下向富磷剩余污泥中加入外源甘氨酸，在不消耗甘氨酸的条件下，激发并实现污泥微生物细胞中聚合磷酸盐的分解与磷酸盐的释放，得到释磷后的混合液；
将释磷后的混合液经静置，实现固液分离；
固液分离后的富磷上清液，经pH调节或沉淀剂的加入，实现磷酸盐的沉淀，得到磷酸盐沉淀物；
待磷酸盐沉淀物干燥后，即得到磷回收产品；
磷酸盐回收后的含甘氨酸上清液可循环使用，进行下一批次污泥磷酸盐释放。
甘氨酸的投加量为：至混合液中最终甘氨酸浓度10～750mg/L。
在释磷过程中无需主动温度调节；
在释磷过程中溶解氧含量<1mg/L；
在释磷过程中对混合液进行混合，搅拌速度为20～200rpm。
在释磷过程中pH为5.5～9.5；反应时间为0.5～12h。
释磷反应完成后，将污泥混合液进行静置固液分离，并排出底部浓缩的混合污泥；静置固液分离时间为5～120min；
固液分离后的含磷上清液，磷回收调节混合溶液pH为6.0～11.0。
沉淀剂为能够提供钙离子、镁离子或铁离子的药剂，包括氯化钙、硫酸钙、氧化钙、硫酸镁、碳酸镁、氧化镁、硫酸盐铁和氯化铁的一种或者两种以上混合。
沉淀的反应时间为2～120min。
磷酸盐沉淀物干燥，是指将磷酸盐沉淀物露置于空气中自然风干得到干燥磷回收产品。
含甘氨酸上清液可循环使用，是指磷酸盐沉淀回收后的上清液循环使用，继续作为含磷污泥释放的释磷剂，必要时适量添加甘氨酸保证混合液中的甘氨酸浓度。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
传统的外加碳源方法进行富磷污泥磷酸盐的释放，不仅碳源投加量难以控制，造成释磷不完全或者碳源过剩，而且每一批次污泥都需要投加碳源，投加量较大。
本发明技术手段简便易行，与传统外加碳源释磷方法相比，具有释磷剂(甘氨酸)投加量少、释磷剂可循环使用、释磷速率可控的优点，可有效降低磷回收过程中的药剂成本、节约物质消耗。
附图说明
图1为本发明实施例中，不同甘氨酸浓度下污泥释磷和甘氨酸摄取测试结果一。
图2为本发明实施例中，不同甘氨酸浓度下污泥释磷和甘氨酸摄取测试结果二。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
一种利用甘氨酸作为释磷剂从含磷污泥中回收磷的方法，可通过如下步骤实现：
将富磷剩余污泥混合液(MLSS＝1.0g/L)放入密闭反应器中，分别加入甘氨酸至最终浓度10mg/L、25mg/L和50mg/L，密闭搅拌80min，搅拌速度为100rpm，pH为7.25，诱导聚磷菌释磷。
反应完成后将混合液静置30min，将沉降在底部的释磷完全的污泥排出，用0.5mol/L氢氧化钠调节pH至9.5，搅拌混合60min，富磷上清液中磷酸盐结合上清液中存在的钙、镁离子，发生沉淀反应；
将完成沉淀反应后的沉淀物，从反应器底部排出并置于空气中干燥，获得磷回收产品。
磷酸盐沉淀回收后含甘氨酸的上清液进行循环使用，可通入下一批次污泥混合液。
本实施例中，不同甘氨酸浓度下污泥释磷和甘氨酸摄取的情况，如图1、图2所示；
由图1、图2测试结果表明：
甘氨酸有效诱导剩余污泥中聚磷菌的释磷反应、同时甘氨酸不被微生物摄取、消耗、降解；
通过调节甘氨酸浓度控制释磷速率，在混合液中甘氨酸浓度范围在10-50mg/L下实验，释磷速率与甘氨酸浓度成显著线性关系；
即，甘氨酸浓度越高，释磷速率越大，释磷时间越短。
由此，可以针对排泥量、反应器大小等条件对磷回收速度进行有效控制。
如上所述，本发明可通过调节混合液中甘氨酸浓度实现磷酸盐释放速率的调控，并可保证磷的高效、快速、充分释放，溶液中甘氨酸极少消耗，可进行循环使用，相比于传统工艺，大大节约了药剂成本，实现了低能耗、低投加的富磷污泥中磷酸盐的释放与回收。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。