鸟粪石结晶法用以处理并回收磷资源,是含磷废水处理的一种常见工艺。尽管鸟粪石结晶法引入富含氮磷的畜禽养殖场沼液处理已引起人们的高度关注,但其研究成果从试验室走向工程应用,仍然还有许多问题亟需解决:(1)不同种类的养殖场沼液,其鸟粪石结晶法运行控制条件的优化和连续流动态处理工艺参数不尽相同,针对奶牛场,有必要筛选适宜的鸟粪石结晶条件与装备;(2)沼液中磷的赋存形态呈现多样化,不同形态磷在鸟粪石结晶时的功效是不一样的,因此有必要探讨磷在鸟粪石结晶过程的转化特征;(3)针对鸟粪石结晶共沉淀混合物,其有效成分(鸟粪石)的收率及其纯化方法都需要通过试验得以明确。为此,本文以奶牛场沼液为处理对象,在静态试验优化鸟粪石结晶处理条件的基础上,开发了一体化连续流动态鸟粪石结晶反应装置,实现了奶牛场沼液鸟粪石结晶法处理的连续运行并进行了磷的回收。同时,在分析沼液磷组分的基础上,研究了鸟粪石结晶法处理过程中不同形态磷的转化特征,检测了结晶沉淀物的肥料成分,提纯了回收鸟粪石结晶沉淀物。(1)静态试验表明,采用鸟粪石结晶法,去除奶牛场沼液磷的适宜条件为:pH值9.5,镁离子与溶解性正磷酸盐(orthogonal phosphorus,OP)物质的量之比(Mg2+∶OP)为1.4∶1,沉淀时间不低于20 min,沉淀剂为MgCl2。此时沼液OP去除率约为80%,总磷(TP)去除率约65%。TP去除量与OP去除量呈显著正相关(p<0.05)。(2)分析经离心处理的沼液固液两相发现,液相部分总磷(TPL)达到56.21±0.75 mg/L,主要成分为溶解性正磷酸盐(OP)和颗粒态磷(PP),两者分别占液相中总磷(TPL)的53.69%,41.01%;固相部分总磷(TPS)达到79.97±1.84mg/L,该部分磷主要包含水溶性磷(H2O-P,5.69%)还原可溶性磷(NaHCO3-P,25.45%)、铁铝结合磷(NaOH-P,12.32%)、钙镁结合磷(HCl-P,32.16%)以及其他形态磷(Re-P,24.40%)。在pH=8.5,9.0,和9.5下对奶牛场进行鸟粪石结晶法处理后,OP由30.18±0.37 mg/L分别降低到17.98±0.30、11.43±0.73和6.23±1.32mg/L;NaOH-P由9.85±0.18 mg/L分别降低到1.47±0.11、1.29±0.07和1.44±0.27 mg/L;HCl-P含量明显升高;而其他形态磷的含量则没有明显地变化。研究认为奶牛场沼液中参与鸟粪石结晶反应的磷主要包含两部分,即溶解性正磷酸盐(OP)和铁铝结合磷(NaOH-P),奶牛场沼液中两者占沼液总磷(TP)的29.39%。在pH=9.5时,80.84%的(OP+NaOH-P)被去除,其中91.28%的被去除的(OP+NaOH-P)转化为鸟粪石。(3)一体化鸟粪石结晶装置连续流动态处理沼液的试验结果表明,反应pH值应控制在9.5,与静态试验一致;Mg2+/OP值则高于静态试验,需达到1.5∶1;水力停留时间(HRT)不低于40 min。试验条件下,HRT从20 min提高到40 min对鸟粪石结晶反应影响不明显,但会直接影响含磷颗粒物的的沉降和去除。一体化结晶化反应装置连续流动态试验OP出水浓度为10~15 mg/L,OP去除率可达到80%。奶牛场沼液经连续流动态一体化鸟粪石结晶装置处理的出水TP仍较高(30~35 mg/L),从达标的角度考虑,应强化前端的沉淀作用,通过去除沼液大量悬浮物(SS)的形式去除颗粒态的磷,同时也能提高回收产品鸟粪石的纯度。现场中试试验表明,沼液磷中OP比例较高且SS含量较低时,结晶反应进行得更为彻底,更适合使用鸟粪石结晶法去除沼液磷。(4)物质粉末X射线衍射仪表征鸟粪石结晶法回收的沉淀物结果显示,静态试验和连续流动态试验回收的沉淀物中均含有鸟粪石。回收的鸟粪石结晶沉淀物中,最优静态试验条件下获得的沉淀物(S)中鸟粪石质量分数(22.09%)高于最优连续流动态试验条件下获得的沉淀物(R)中鸟粪石质量分数(17.00%),酸溶提纯法能提高鸟粪石的纯度,并使沉淀物S和R中鸟粪石质量分数达到39.59%和29.25%。