通气效应影响养殖废水中有机/无机磷结晶回收的作用机制

Struvite crystallization technology in one of the important methods to achieve phosphorous recovery from wastewater controlling water pollution. However, the ratio of dissolved organic P is up to 30-40% of total P in livestock wastewater that significantly restrict the recovery rate of P. Aeration could significantly increase the dissolved oxygen concentrations which play an important role in P transformation in wastewater, especially for dissolved organic P. The key factors closed related with crystallization efficiency such as collisions of ions constituted struvite and pH are also directly or indirectly affected by aeration. Therefore, focusing on the unclear mechanism of aeration impact on the organic/inorganic phosphorus recovery efficiency through struvite crystallization in livestock wastewater, 31P-NMR and biochemical technology will be used in this study, 1) to investigate the effect of aeration on P recovery rate through struvite crystallization in livestock wastewater with different organic P concentration; 2) to explore the influence mechanism of oxygen on total P and organic P recovery rate in wastewater; 3) to reveal the regulatory mechanism of aeration on the inorganic/organic P recovery rate through struvite crystallization in livestock wastewater. The development of this study could illuminate the key mechanism of aeration impact on P recovery rate from livestock waste water through struvite formation that provides important theoretical basis and practical guidance for phosphorus recovery from livestock waste water.

鸟粪石结晶法是实现废水中磷素养分高效回收，控制水体污染的重要方法之一，然而，养殖废水中有机磷含量占总磷比例高达40%，极大的制约了磷素结晶回收效率。通气措施能够显著提高废水中溶氧含量，将对养殖废水中磷素形态，尤其是溶解性有机磷（DOP）的转化产生重要影响，并且直接或间接影响了废水中构晶离子的碰撞接触机率及废水pH等影响结晶反应的关键因子。因此，本研究针对通气效应对养殖废水磷素结晶回收影响机制尚不明确的关键问题，拟以鸟粪石结晶反应器系统为研究平台，利用31P-NMR技术及生物化学等技术手段，研究：1）通气效应对不同有机磷浓度养殖废水中磷结晶回收率的影响；2）溶氧浓度对养殖废水有机磷及总磷结晶回收率的作用机理；3）通气速率影响鸟粪石结晶法总磷回收率的调控机制。本研究的开展可以阐明通气效应对鸟粪石结晶法回收养殖废水中磷素的作用及调控机制，生产上为养殖废水中磷素回收提供理论基础和实践指导。

磷作为生命所必须的营养物质因其不可再生性和资源消耗和浪费导致的环境水体富营养化而引起人们的广泛关注。大量研究通过鸟粪石结晶技术从无机合成废水和真实废水中进行磷素回收, 降低水体富营养化风险, 并形成磷酸镁铵肥料。由于真实废水中有机磷含量高达总磷的30%~40%, 导致鸟粪石结晶技术在实际应用过程中磷素回收率变异极大。通气措施能够显著提高废水中溶氧含量，将对养殖废水中磷素形态，尤其是溶解性有机磷（DOP）的转化产生重要影响。然而，鸟粪石结晶法在真实废水与无机合成废水中磷回收率差距的量化分析缺乏, 导致差异产生的机制和影响因子不明。因此，本研究旨在：1）探究养殖粪水中鸟粪石结晶的潜在影响因素；2）研究供气效应对不同浓度有机磷养殖粪水磷回收效率的影响；3）解析氧气浓度对养殖粪水总磷和有机磷回收效率的影响；4）揭示供气调控养殖粪水有机/无机磷回收效率的机制。.结果表明，高有机磷含量显著抑制了鸟粪石结晶法对总磷的回收率。随着有机磷含量的增加（0%-70%），机械搅拌条件下总磷回收率由86.5%降至50.4%，曝气搅拌总磷回收率由71.4%降至59.1%。 曝气显著提高了高有机磷含量废水系统的磷回收效率，较机械搅拌方式，总磷回收率提高了18%。XRD和SEM结果表明在50%和100%真实废水处理中，鸟粪石晶体为沉淀的主要成分，而100%真实而100%真实废水处理中还含有少量钙磷酸盐，并且鸟粪石晶体的大小和稳定性随着有机磷含量的增加而增加。 .氧气在养殖废水中有机磷矿化及其后续的结晶沉淀过程中起重要作用。随着供气氧浓度的增加，TP和OP的回收率均显著提高，总磷回收率从26.4% 增加到 68%，有机磷回收率从14%增加到66.8%。此外，氧气供应对废水中氨氮和有机碳的去除率也具有显著促进效果（氨氮去除率16%-32%，TOC去除率29.6-37.2%）。增供气速率有利于提高除磷效率。随着供气速率从2.5 L/Min 升至15 L/Min，TP和OP回收率分别由41.2%和36.8%升至 56%和50.2%。 虽然增加供气流量有利于磷的回收，但并未提高沉淀中鸟粪石的纯度，废水中Mg: Ca比和pH的调节是影响沉淀中鸟粪石结晶纯度的关键因素。