磷是一种不可再生资源,由于人类对磷矿的过度采伐,磷资源逐渐面临枯竭。与此同时,大量含磷污水直接排放自然水体中,会导致水体严重富营养化等环境问题。所以,探索新的污水处理工艺,将污水中的磷资源进行回收利用,不仅可以减轻磷污染,还可以有效缓解磷资源短缺问题。磷酸铵镁(Magnesium Ammonium Phosphate,MAP)结晶法可以有效去除并回收污水中的磷,但结晶反应条件较苛刻,特别是当污水磷浓度很低时,实现磷回收比较困难。超声技术对难降解有机物有很好的去除效果,还能促进结晶反应的进行。因此,本文拟充分发挥超声对磷结晶的促进作用,将超声强化磷结晶与A/O交替生物滤池工艺有机结合,研究考察组合工艺的协同除磷效能与工艺特性,为污水除磷及回收磷提供理论和技术参考。在前期研发的A/O交替生物滤池工艺基础上,本文首先考察了A/O交替运行生物滤池的单池启动和交替运行规律,通过调节曝气间歇时间(异步进水/曝气)、优化厌氧池出水方式以及改变交替运行周期时间等方式,重点探讨了A/O交替运行生物滤池的厌氧释磷规律;结合不同交替运行周期内滤池沿程空间对污染物的去除规律,研究得到最佳厌氧释磷曲线,进而总结提出实现厌氧池高效稳定释磷的A/O交替生物滤池优化运行模式,考察优化运行模式下A/O交替生物滤池的污染物去除效果;基于A/O交替生物滤池厌氧释磷出水水质条件,研究了补充镁源和施加超声强化MAP结晶的反应特性和除磷效能,得出了最佳MAP结晶反应条件;在此基础上,将两级生物滤池和中置强化MAP结晶装置耦合运行,系统考察了组合工艺的污染物协同处理效能与磷回收效果。得到如下主要研究结论:在进水COD浓度为265~350mg/L、单池HRT=2h、DO=2~4mg/L、T=22~28℃、进水磷浓度9~12mg/L、氨氮浓度为38~42mg/工况条件下,单级生物滤池需要15天即可完成启动运行,稳定运行后,出水平均COD浓度为36mg/L,氨氮在0.5mg/L以下,而磷的平均去除率仅为30%左右;在同样进水条件下,好氧池DO=2~4mg/L,厌氧池停止曝气,两座生物滤池实行48hA/O交替运行,对COD的平均去除率可达85%以上,对氨氮的平均去除率达99%以上,出水磷浓度为2~6mg/L,平均去除率为48.2%;在交替周期内,厌氧释磷曲线呈现上升-稳定-下降的变化规律,释磷峰值为29.5mg/L,交替周期内厌氧释磷持续时间约32h。研究发现,在交替周期为48h条件下,间歇8h运行A/O交替生物滤池厌氧释磷效果要比间歇12h运行A/O交替生物滤池厌氧释磷效果好。两级A/O交替生物滤池在间歇8h交替周期48h工况下运行,出水COD平均浓度在50mg/L以下,氨氮在0.5mg/L以下,磷的去除率30%~60%;交替周期内,厌氧释磷持续时间约为44h,释磷量峰值为28mg/L;交替周期内,释磷量较稳定,释磷曲线较为平缓。A/O交替生物滤池在间歇时间为8h、交替周期为48h、厌氧滤池多点出水的运行工况下,系统表现出良好的氨氮和COD去除能力,对氨氮的去除率达99%以上,出水COD平均浓度为34.6mg/L,磷的平均去除率为50.3%。在交替运行周期内,厌氧出水磷浓度更加稳定,厌氧释磷峰值为29.5mg/L,而且释磷曲线更平稳,此运行工况下厌氧释磷效果优于8h间歇48h交替两级生物滤池的厌氧释磷效果。在一定范围内,随着反应pH值和Mg/P的升高,MAP结晶诱导期变短,结晶速率加快;超声对MAP结晶诱导期具有重要影响,随着超声的功率增大,MAP结晶诱导期先缩短后延长;在一定范围内,增大超声功率有助磷的去除;增大超声功率,可以降低MAP结晶反应的超饱和度与pH值要求,结晶晶体形貌杂乱,易出现分叉。超声强化MAP结晶反应条件为:超声强度2.37w/cm2,作用时间20min。单纯过量投加镁源进行MAP强化除磷能够取得较好的磷回收效果,厌氧过程释磷稳定,说明过量投加镁源对生物除磷过程没有影响;过量投加镁源对两级生物滤池系统的氨氮和COD去除有不利影响,但有助于厌氧除氨氮能力;实际运行中应适当考虑减少镁源投加量。相比于单纯投加镁源,中置超声强化MAP结晶可有有效提高系统对氨氮和COD的处理能力,处理出水氨氮和COD平均浓度分别为1.17mg/L和44.9mg/L。通过中置超声强化MAP结晶后,组合工艺系统的结晶除磷能力大幅度增强,最终出水磷浓度由5.4mg/L降至0.98mg/L,说明超声作用对结晶除磷有明显的促进作用;结晶产物的SEM和EDS表征结果表明,晶体颗粒尺寸较小,产物主要成分是磷酸铵镁与其它晶体的混合物。