高速铁路列车粪便污水磷资源回收技术研究

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随着我国高速铁路的快速发展,高速铁路列车逐渐成为人们出行的首要选择之一,从而带来了列车上由乘客产生的粪便污水量急剧增加的问题。粪便污水中含有高浓度的磷,在新鲜的尿液中,磷的浓度高达215-387 mg/L。如此高浓度的磷,依靠常规生物处理很难达到排放标准,而直接排放会导致环境水体富营养化等污染问题。另一方面,磷资源短缺问题已成为一个全球性的问题,从污水中回收磷资源也逐渐成为一种解决问题的办法。因此,从高速铁路列车粪便污水中回收磷,可以减少磷对环境的污染,同时还可以增加磷资源的来源。  针对高速铁路列车粪便污水水质不明、磷资源回收技术和粪便污水处理的缺乏,本文研究了高速铁路列车粪便污水的水质、磷回收技术方法,并对回收的磷产品物质成份结构进行分析,最后进行实际应用,考察实际中的处理效果和经济效益分析。主要的研究结论如下:  高速铁路列车粪便污水的水质:pH7.59-8.74、COD1480-4352.5 mg/L、TN1501.85-2008.85 mg/L、氨氮1257.5-1867.5 mg/L、TP27.32-89.49 mg/L、正磷酸盐26.00-80.63 mg/L、Ca2+17.88-80.63 mg/L和Mg2+0-13.55 mg/L。高速铁路列车粪便污水的水质具有低COD/TN比、高NH4+-N/PO43--p、高PO43--p/Tp的特点,说明有必要对其进行处理以改善其C/N比,同时回收其中的磷具有可行性和经济性。  Mg盐、Fe盐和Ca盐对高速铁路列车粪便污水中磷的回收率最高分别可达96%、99%和78%;针对本研究采用的高速铁路列车粪便污水,宜进一步采用Mg盐和Fe盐进行研究。其中Mg盐回收高速铁路列车粪便污水中磷的最优工艺参数为:pH9.5,nMg/np5.7,反应时间6.3 min,反应温度5.0℃,磷的回收率响应值可达到95.3%。  通过Visual MinTeq、XRD、FT-IR、SEM分析得到Mg盐和Fe盐回收高速铁路列车粪便污水中磷的产物,得到:Mg盐回收的磷产物为鸟类石、磷酸镁和钙与磷酸根化合物,存在晶体特征,外观呈长条/长柱形、或平板形,P元素重量占比为10.41-17.11%,d05=18.85 um; Fe盐回收的磷产物中,主要成份为Fe与其它物质化合物,存在磷酸铁和磷酸钙,非晶体结构,无定形态,P元素占比6.09~8.14%,d0.5=60.94 um; Mg盐回收产物P元素换算成P2O5后重量占比可达33.0%,达到高品位磷矿石标准(P2O5>30%);而Fe盐回收产物P元素换算成P2O5后重量占比为15.6%,属于低品位磷矿石标准(P2O5<26%)。  通过对氨氮的吹脱试验,证明实现回收磷的同时吹脱回收氨氮是可行的;在进水的COD、氨氮和正磷酸盐浓度分别为3235±176.8 mg/L、2297±131.1 mg/L和77.13±1.8 mg/L条件下,经过工艺系统的处理,COD、氨氮和正磷酸盐的出水浓度分别为693.5±17.7 mg/L、269±12.7 mg/L和1.21±0.15 mg/L,去除率分别为78.6%、88.3%和98.4%。
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