鸟粪石晶体生长速率关键影响因素的定量分析

摘要

鸟粪石(MAP)结晶法处理氨氮废水具有去除效果好、反应速度快等特点,但MAP生长过程缓慢,晶粒细小,限制了MAP副产品的回收率,经济价值降低.利用基于黏附型生长机制建立的化学势梯度模型结合德拜-休克尔极限公式计算活度系数,研究了不同因素(温度、搅拌速度、pH、离子摩尔比)对MAP晶体生长速率的影响.结果表明,温度、搅拌速度和摩尔比的提升导致动力学生长速率常数kt提高,从而导致鸟粪石生长速率上升,pH的升高使得反应初期的生长速率常数kt和热力学推动力△μ都得到了增强,到了反应后期,主要影响生长速率常数kt,最终导致整个反应过程中MAP生长速率上升.对MAP晶体的平均生长速率计算发现,其生长速率分布在10-9～10-8m/s之间;在pH=9.5时,生长速率提高至1.02×10-8 m/s;离子摩尔比[Mg2+]∶[PO34-]∶[NH4+]=1∶1∶1提高至1.2∶1.2∶1时,MAP生长速率最高达到了 1.29×10-8m/s.综上分析表明,温度、搅拌速度、pH和离子摩尔比提升,MAP晶体的生长速率均有不同程度的提高,其中,离子摩尔比影响最大,pH次之,温度和搅拌速度影响较小.因此,在实际工业中,pH和离子摩尔比的改变有望调控MAP的结晶过程.