磷回收过程中鸟粪石条件溶度积影响因素研究

摘要

在自然界中，磷矿是一种非再生资源。且储量极其有限。在磷矿资源短缺的现实情况下，磷却又是引起水体富营养化的关键因素。以鸟粪石形式回收废水中的磷，可以实现废水脱氮除磷减少水环境污染。且其回收得到的产物可以用作高效缓释磷肥，实现磷资源的再生利用。废水中通常含有大量有机物，对鸟粪石条件溶度积产生的影响与鸟粪石法回收磷效率密切相关。本研究选取实际富磷废水中4种典型存在的有机物（海藻酸钠、牛白蛋白、葡萄糖、腐植酸钠）以模拟废水形式，研究有机物对鸟粪石条件溶度积与磷回收效率的影响；以鸟粪石形式回收实际剩余污泥酸碱发酵后上清液中的氮磷，探究最优回收条件；对鸟粪石法回收磷进行了综合效益分析。具体研究内容及结果如下：
　　（1）研究不同磷浓度条件下，不同pH对鸟粪石条件溶度积的影响。结果表明：当鸟粪石结晶过程pH值控制在9.0～10.0碱性范围内，有利于发生结晶反应。运用响应面优化法中的Box-Behnken实验设计方法研究分析鸟粪石法磷回收的影响因素，考察了溶液初始pH值、溶液初始磷浓度、反应搅拌时间对磷回收率的影响。应用Box-Behnken实验设计得到一个二次三项式数学模型，从而得出鸟粪石法磷回收的优化条件。初始pH=9.5，搅拌时间30min，溶液初始磷浓度10mmo1/L，磷回收率达到最大96.12％。
　　（2）研究反应溶液中单一有机物和协同有机物存在对鸟粪石法回收磷的影响。结果表明：（a）海藻酸钠、牛白蛋白与腐植酸钠3种有机物的存在使鸟粪石平衡条件溶度积增大，不利于结晶反应进行。葡萄糖的存在对鸟粪石平衡条件溶度积影响较小。（b）溶液中残余磷浓度随着4种有机物添加浓度的增加而增大。当分别添加海藻酸钠、牛白蛋白和葡萄糖3种有机物浓度至1000mg/L时，残余磷浓度分别为26.23mg/L、19.22mg/L和17.37mg/L；当添加腐植酸钠浓度至200mg/L时，残余磷浓度为23.44mg/L；（c）鸟粪石纯度随着海藻酸钠、牛白蛋白和腐植酸钠3种有机物浓度的增加而降低，葡萄糖对鸟粪石纯度影响较小；（d）溶液中4种有机物的存在均对晶体晶形产生影响。随着海藻酸钠浓度的增加，晶体最终呈短柱状，且晶体长度明显变短；随着牛白蛋白浓度的增加，晶体晶形最终呈三棱柱形；随着腐植酸钠浓度的增加，晶体晶形最终呈羽毛形；随着葡萄糖浓度的增加，晶体晶形不断发生变化，晶体表面粗糙。（e）以影响较大的3种有机物（海藻酸钠、牛白蛋白、腐植酸钠）两两协同与三种协同为影响因素，研究其对鸟粪石法磷回收的影响。结果表明：鸟粪石平衡条件溶度积增大，磷去除率降低，上清液残余磷浓度增多，鸟粪石纯度下降，晶体晶形受有机物协同种类与浓度影响发生变化。
　　（3）以鸟粪石形式回收酸碱发酵剩余污泥上清液中的氮磷。结果表明：污泥在强酸与强碱条件下，发酵时间2天时，污泥中氮磷释放效果最好。当pH=4，发酵时间2天，氨氮释放量为59mg/L，磷释放量为85mg/L；当pH=10，发酵时间2天，氨氮释放量为78mg/L，磷释放量为105mg/L。在剩余污泥经过酸碱发酵后的上清液中采用鸟粪石法回收磷，当n（Mg）：n（P）=1.2：1时，发酵时间2天，酸性发酵上清液中磷回收率为81%，碱性发酵上清液中磷回收率为73%。
　　（4）对磷回收鸟粪石法进行环境、经济和社会三方面的效益分析，得出鸟粪石法具有良好的发展前景和应用价值。
　　本研究丰富了有机物存在对鸟粪石法回收磷的理论研究，研究成果可为鸟粪石法回收废水中的磷工程提供理论依据和技术指导。

目录

声明

1绪论

1.1研究背景

1.2磷回收的技术方法

1.3鸟粪石法回收废水中的磷

1.4研究内容及技术路线

2 初始pH值对鸟粪石平衡条件溶度积的影响

2.1实验部分

2.2结果与讨论

2.3小结

3不同有机物对鸟粪石平衡条件溶度积的影响

3.1实验部分

3.2结果与讨论

3.3小结

4鸟粪石法回收剩余污泥中磷试验研究

4.1试验部分

4.2结果与讨论

4.3小结

5鸟粪石法磷回收的效益分析

5.1经济效益

5.2环境效益

5.3综合分析

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录