磷是不可或缺的生源要素,在生命活动中起着重要作用。人类对磷资源需求量的上升和对磷资源回收利用的忽视,加剧了磷资源短缺和水体磷污染的形势。因此,探寻高效可行的磷资源回收路径和方式,是同时实现磷资源可持续利用和解决环境磷超标的关键途径。蓝铁矿介导的磷酸盐固定化是一种很有前途的磷回收方法。本研究以富含磷的污水和污泥为回收对象,利用蓝铁矿结晶技术对其中的磷资源进行了回收。为实现污水和污泥中磷资源最大限度的回收,我们确立了释放再结晶的磷回收路线。首先研究了不同因素对磷从固相向液相转化的影响,提高磷的释放效率;其次探究了液相中金属离子、有机物等对蓝铁矿结晶过程的影响并优化了结晶反应器的参数以提高磷的回收效率。本文的主要研究内容如下:(1)污泥中磷释放条件的优化探究。针对污泥在厌氧发酵过程中磷释放率较低这一限制因素,探讨了酸解调节对污泥厌氧发酵过程中磷释放的促进效能。结果表明pH对磷释放的促进作用强弱与污泥中的磷组分有关。酸性条件下H⁺对金属离子的浸出作用促进了当磷灰石无机磷(AP)的释放;碱性条件下OH^-取代PO₄^3-与铁铝离子结合,促进了非磷灰石无机磷(NAIP)的释放。酸性条件下,发酵产物和微生物群落的变化不明显。但碱性条件有利于污泥的裂解,而且污泥细菌群落的丰富度和多样性得到了提高,改变了优势物种的相对丰度,促进了挥发性脂肪酸(VFAs)的积累。发酵上清液中金属离子和重金属离子浓度在酸性条件下均有显著提升,而在碱性条件下大部分金属和重金属离子保持在固相中。由此可见,通过调节pH促进污泥磷的释放是可行的,但还应综合考虑对发酵过程和后续磷结晶的影响。(2)加铁方式对蓝铁矿结晶过程的影响。针对发酵上清液中铁磷摩尔比低的问题,比较了铁-空气燃料电池原位加铁与投加铁盐两种方式对磷回收的影响。并对发酵上清液中高纯度蓝铁矿的生成条件进行了探索。结果表明两种加铁方式均可以对液相中的PO₄^3-实现有效回收,其中铁空气燃料电池原位加铁具有磷回收和产电的潜力,但受限于亚铁的生成速率,更适用于小型的污水资源化回收系统。铁盐加铁对磷的回收易受到pH和Fe²⁺氧化的影响,通过氮气或抗坏血酸来保护Fe²⁺离子可提高结晶产物的纯度。通过对产物的元素分析发现,污泥发酵上清液中的金属和重金属会随结晶过程部分转移到回收产物中,对结晶的纯度造成不利影响,但低于相应的标准,无环境风险。(3)有机物对蓝铁矿结晶过程的影响。针对污水及污泥中有机物含量高的问题,考察了四种代表性有机物对蓝铁矿结晶过程的影响。结果表明,100mg/L的腐殖酸(HA)和800 mg/L的海藻酸钠(SA)会使磷的回收率分别下降3.7%和12.1%。牛血清白蛋白(BSA)、HA和SA影响了蓝铁矿晶体的聚集形态。HA和SA减小了产物的粒径。后续的机理研究表明,有机物与Fe²⁺之间的络合是导致磷回收率下降的主要原因。HA、SA与蓝铁矿的共沉淀降低晶体表面的Zeta电位,从而使晶粒尺寸变小。而BSA和SA提供的成核位点可以将蓝铁矿由单层板状聚合物转化为多层板状聚合物。并且通过污泥上清液的结晶过程实际验证了有机物对结晶的影响机理。(4)流化床反应器回收污水中的磷。针对蓝铁矿结晶过程中易发生均相结晶,导致晶体粒径较小分离困难的问题,构建了一段式流化床反应器回收磷矿排水中高浓度的磷。通过对反应器的运行参数优化发现,提高上升流速可以避免“死区”的产生,调控反应体系的pH和水力停留时间可将体系的过饱和度指数保持在亚稳态区域,有利于非均相结晶过程的进行,进而提高产物的粒径。是否添加晶种对磷回收的影响较小。在优化后条件下连续运行反应器,磷回收率和结晶率稳定在91.2%和60.3%,并且回收产物具有明显的蓝铁矿特征。