鸟粪石沉淀法回收废水中磷的研究

论文摘要

近年来,我国循环经济发展迅速。磷肥需求却在不断增加,特别是近年由于国际上大力发展生物能源,增加了对粮食的需求,从而拉动磷肥需求增加。磷的生物化学循环与氮的完全不同,是单向流动的,难以再生,因而是一种难以再生的资源。在其生产过程中消耗大量的资源能源,产生严重的环境污染,开展循环经济尤为必要。缓释化肥的使用可以大大减少化肥使用过程导致的环境污染。鸟粪石（MAP）沉淀法由于可以同时去除和回收磷、氮两种元素而且其本身是一种高效缓释复合肥料,鸟粪石沉淀法回收磷可以改善水厂的运行状况,提高污水厂生物除磷脱氮效果,降低出水中氮、磷浓度,同时还可减少污泥量和污泥处理运行费用,达到改善水体环境和实现水资源循环利用的目的。本论文以模拟含磷废水为反应原水,重点考察了鸟粪石沉淀过程中主要控制因素,单因素实验讨论了反应体系的pH、反应接触时间、初始铵根离子浓度对鸟粪石沉淀反应以及沉淀产物成分的影响。设计正交实验讨论了三种构晶离子的摩尔配比和反应的pH对鸟粪石沉淀反应磷回收率（PRE）的影响,最后向反应体系中添加Ca2+考察不同Mg/Ca对PRE和沉淀产物成分的影响。实验结果表明,维持反应体系稳恒的pH在9.0左右利于鸟粪石沉淀反应的进行,生成较高纯度的MgNH4PO4·6H2O且PRE在60%以上；反应接触时间对沉淀反应的影响不显著,三种构晶离子在反应时间10分钟内迅速成核形成沉淀,此后三种构晶离子的去除率有一定变化,反应时间为20min时去除率无显著变化;初始铵根离子浓度同时影响PRE和沉淀产物的组成,X射线衍射（XRD）分析显示：PH在9.0左右,当NH4:PO43-摩尔比,下同)为1：1、2：1和3：1时,形成的沉淀主要为MgNH4PO4;·6 H2O和Mg3（PO4）:·22H2O;当NH4+:PO43-为2:1,形成的沉淀为MgNH4PO4；·6 H2O和少量的Mg3（PO4）:·22H2O；当NH4+:PO43-为3:1时,形成的沉淀主要为MgNH4PO4；·6 H2O.随着NH4+:PO43-从1：1增加到3：1,PRE由22%增至84%,较高的初始铵根离子浓度有利于生成鸟粪石沉淀从而提高了PRE,但当NH4+:PO43-高于3：1时,NH4+易挥发生成氨气,不利于氮元素回收且造成二次污染。正交实验结果表明,Mg/N/p为1.2：2：1,反应pH为9.0,反应时间为20min时,PRE可达84.0%,XRD检测结果显示此时沉淀主要成分为鸟粪石。XRD检测分析显示,控制Mg2+:NH4+:PO43-,为1.2：2：1,反应pH为9.0左右时,投Ca2+后PRE无显著变化。但当Mg/Ca在1：0.2～1：0.5变化时,沉淀产物成分主要为鸟粪石,而当Mg/Ca增至1：0.8时沉淀产物显示非定形态物质的特征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 我国磷资源现状及水体富营养化问题
• 1.1.1 我国的磷资源现状
• 1.1.2 氮、磷循环与水体富营养化
• 1.2 磷资源的可持续利用
• 1.3 研究内容
• 1.4 研究意义
• 第2章 回收磷的研究现状及主要处理技术
• 2.1. 生物除磷的基本原理
• 2.2. 氮磷废水处理的研究现状及主要处理技术
• 2.2.1 化学法
• 2.2.2 物理法
• 2.3 生物除磷脱氮工艺
• 2.3.1 生物脱氮除磷机理
• 2.3.2 生物脱氮除磷工艺
• 2.4 磷回收的研究现状及主要处理技术
• 2.4.1 磷回收的意义和条件
• 2.4.2 磷回收的主要技术及应用
• 2.4.3. 其他回收技术途径
• 2.4.4 磷回收技术展望
• 2.4.5 鸟粪石沉淀法除磷的优点及工艺研究
• 2.4.6 国内外磷回收的研究动态
• 第3章 鸟粪石法的实验原理及分析材料
• 3.1 磷酸盐形式回收磷的理论基础
• 3.1.1 结晶及沉淀反应动力学
• 3.1.2 磷酸盐在溶液中的化学平衡
• 3.2 实验方法和材料
• 3.2.1 实验废水
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验试剂
• 3.2.4 实验方法
• 3.3 分析测定方法
• 3.3.1 氨氮的测定方法:纳氏试剂比色法
• 3.3.2 镁的测定方法:铜试剂分离EDTA络合滴定法
• 第4章 实验设计与结果分析
• 4.1 溶液pH值对鸟粪石沉淀反应的影响
• 4.1.1 溶液pH影响鸟粪石沉淀反应的实验设计
• 4.1.2 实验结果与讨论
• 4.2 反应时间对鸟粪石沉淀的影响
• 4.2.1 鸟粪石沉淀反应的动力学过程
• 4.2.2 反应接触时间影响鸟粪石沉淀的实验设计
• 4.2.3 实验结果与讨论
• 4.2.4 小结
• 4.3 铵根离子浓度对产物质量和磷回收率（PRE）的影响
• 4.3.1 铵根离子影响鸟粪石沉淀反应的机制初探
• 4.3.2 铵根离子浓度在较大浓度范围变化的实际意义
• 4.3.3 不同N/p摩尔比对鸟粪石沉淀产物影响的实验设计
• 4⁺:PO₄^3-摩尔比对PRE和去除的氨氮量的影响'>4.3.4 不同NH₄⁺:PO₄^3-摩尔比对PRE和去除的氨氮量的影响
• 4.3.5 实验结果与讨论
• 4.4 正交实验设计及其方法
• 4.4.1 三种构晶离子的摩尔配比以及pH对鸟粪石沉淀的影响
• 4.4.2 正交实验数据分析以及极差分析
• 4.4.3 小结
• 2+对鸟粪石沉淀反应的影响'>4.5 Ca²⁺对鸟粪石沉淀反应的影响
• 2+对鸟粪石沉淀反应的影响机理'>4.5.1 Ca²⁺对鸟粪石沉淀反应的影响机理
• 4.5.2 不同Mg/Ca对PRE的影响
• 4.5.3 不同Mg/Ca对生成的沉淀产物的影响
• 4.5.4 小结
• 第5章 鸟粪石沉淀法磷回收的环境经济评价
• 5.1 环境评价
• 5.2 经济评价
• 5.2.1 鸟粪石沉淀法回收磷的经济效益
• 5.2.2 鸟粪石沉淀法应用于污水处理厂回收磷的经济评价
• 5.3 小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢