碳酸根对以磷酸盐形式回收磷的影响研究

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磷是所有生命系统的关键因素,也是地球上一种不能自然再生、面临枯竭的有限资源。基于这一属性,国际上磷矿石的价格一路飙升。全球范围内陆地矿产磷资源日益匮乏,水环境含磷过高而导致水体富营养化,这种现状推动了中外学者对污水磷回收等问题的广泛关注。  目前,污水磷回收工艺和技术的研究与开发十分活跃,磷酸钙(calcium phosphate,CP)和磷酸铵镁(magnesium ammonium phosphate,MAP)是研究与应用最多的形式,被认为是最具前景的磷回收途径。从厌氧消化液这个富磷流处回收磷时,碳酸根(CO32-)作为污水中的主要成分,可以和钙镁结合,形成离子对,乃至形成沉淀或晶体,对磷的去除和回收产生影响。本文系统研究了模拟厌氧消化液中各溶液条件下CO32-对CP和MAP结晶反应的影响机理。  以模拟的厌氧消化液为处理对象,考察了不同初始磷浓度、Ca/P物质的量比、pH值和温度下, CO32-对CP结晶反应回收磷的影响;利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对结晶产物进行了表征。结果表明,CO32-的存在能够降低磷的去除率,导致结晶产物结构由密实变为稀松,并改变结晶产物组分;实验设定范围内,磷酸钙的过饱和度越高,越难形成晶体形态的羟基磷灰石(HAP)。CO32-存在时,CP结晶的产物组成可能为两种不同形式的混合物:一种为无定形的磷酸钙(ACP)和碳酸钙(CaCO3)的混合物,另一种为ACP和碳酸合磷灰石(Ca5(PO4CO3)3OH)的混合物;增大Ca/P比和pH值能有效提高磷的去除率,降低CO32-对CP结晶反应的抑制作用,综合考虑实际效果,选择Ca/P比为3.33,pH值为9.0作为适宜的反应条件;升高温度,虽然可以降低CO32-对CP结晶反应的抑制作用,但是贡献不是很大。  以模拟的厌氧消化液为处理对象,考察了不同初始磷浓度、Mg/P物质的量比、pH值和温度下,CO32-对MAP结晶反应回收磷的影响;利用电子显微镜、EDS、XRD和FTIR对结晶产物进行了表征。结果表明,MAP结晶法适合从富磷流(初始磷浓度≥60mg/L)进行磷回收,但在低pH值(pH≤8.5)下很难进行;MAP结晶反应过程中,CO32-的存在能够延长反应的诱导期,降低结晶速率和磷的去除率,影响结晶产物的粒径大小,但不影响其晶体形状和成分;提高Mg/P比是降低CO32-对MAP结晶反应的抑制作用的有效途径。适当的升高pH值也可降低CO32-对MAP结晶反应的抑制作用,但综合考虑实际效果,应选pH值为9.5作为MAP结晶反应的适宜条件;升高温度,加剧CO32-对MAP结晶反应的抑制作用。
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