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我国在面临磷资源枯竭危机的同时,也存在着生活污水和工业废水中含磷量过高的问题。然而目前含磷废水难以有效达标处理和资源化,导致了严重的环境污染和巨大的资源浪费。在诸多除磷工艺中,磷酸铵镁(MAP)结晶法是低成本、有效且能回收磷资源的一种方法。但仍存在MAP结晶特性和规律不清楚、相关基础参数不完善等问题。因此,进一步研究MAP的热力学性质,了解其动力学参数,对含磷废水的处理和磷资源的回收有着重要的现实意义。本文从结晶化学角度出发,进行了MAP结晶特性及资源化研究。主要研究成果如下:
首先,测定了MAP的介稳区范围,系统研究了pH、杂质、添加剂和晶种等条件对MAP超溶解度的影响。发现MAP超溶解度随着pH的降低而升高,当其从8.5降到8时,超溶解度有着明显的升高。SO42-、NO3-、Cu2+、Ca2+、尿素和阴离子表面活性剂会增大MAP的超溶解度,CO32-、Ni2+、Zn2+和乙醇则会减小其超溶解度。晶种的存在能明显降低MAP的超溶解度,且随着晶种粒径的减小、投加量的增大,MAP的超溶解度减小。将获得的晶核进行XRD和SEM表征分析,表明Ca2+、尿素和阴离子表面活性剂会对MAP物质组成和晶体形貌产生影响。
其次,对MAP结晶动力学进行了研究。通过拟合出MAP结晶过程中成核和生长动力学参数,探明了MAP晶体的成核生长规律。研究结果表明,磷初始浓度增大,MAP的成核和线性生长速率均会增加;随着反应时间的增加,MAP晶体的平均粒径增大,成核和线性生长速率降低;pH越高,MAP晶体的平均粒径越小,且会导致成核速率的增大和线性生长速率降低;过量20%的Mg2+条件下会产生更大粒径的晶体。
最后,构建了流化床(FBR)结晶装置,探究条件控制与除磷效率的相关关系,研究了不同pH,离子摩尔比及回流速率对100mg/L模拟含磷废水去除效率产生的影响。在最佳条件(pH=9.5、P∶Mg∶N=1∶1.4∶1.2、回流速率=12L/min)下,磷的去除率和回收率分别能达到95.57%和93.34%,且在20%连续进样条件下能保持稳定的处理。结果表明,上述研究能为含磷废水中磷的高效结晶提供有效的基础数据和技术方法,从而实现磷的去除和资源化。
首先,测定了MAP的介稳区范围,系统研究了pH、杂质、添加剂和晶种等条件对MAP超溶解度的影响。发现MAP超溶解度随着pH的降低而升高,当其从8.5降到8时,超溶解度有着明显的升高。SO42-、NO3-、Cu2+、Ca2+、尿素和阴离子表面活性剂会增大MAP的超溶解度,CO32-、Ni2+、Zn2+和乙醇则会减小其超溶解度。晶种的存在能明显降低MAP的超溶解度,且随着晶种粒径的减小、投加量的增大,MAP的超溶解度减小。将获得的晶核进行XRD和SEM表征分析,表明Ca2+、尿素和阴离子表面活性剂会对MAP物质组成和晶体形貌产生影响。
其次,对MAP结晶动力学进行了研究。通过拟合出MAP结晶过程中成核和生长动力学参数,探明了MAP晶体的成核生长规律。研究结果表明,磷初始浓度增大,MAP的成核和线性生长速率均会增加;随着反应时间的增加,MAP晶体的平均粒径增大,成核和线性生长速率降低;pH越高,MAP晶体的平均粒径越小,且会导致成核速率的增大和线性生长速率降低;过量20%的Mg2+条件下会产生更大粒径的晶体。
最后,构建了流化床(FBR)结晶装置,探究条件控制与除磷效率的相关关系,研究了不同pH,离子摩尔比及回流速率对100mg/L模拟含磷废水去除效率产生的影响。在最佳条件(pH=9.5、P∶Mg∶N=1∶1.4∶1.2、回流速率=12L/min)下,磷的去除率和回收率分别能达到95.57%和93.34%,且在20%连续进样条件下能保持稳定的处理。结果表明,上述研究能为含磷废水中磷的高效结晶提供有效的基础数据和技术方法,从而实现磷的去除和资源化。