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磷资源是一种不可再生的自然资源,近年来,磷的过量排放不仅导致水体富营养化和赤潮的频繁发生,且鸟粪石结垢现象影响污水处理厂的正常运行。传统的污水处理工艺只是通过生物或化学方法将磷去除,并未考虑磷资源的回收问题。因此,从废水中回收磷是一个亟待解决的重要课题。本文从理论上研究了鸟粪石结晶法回收废水中磷的最佳pH及结晶条件对鸟粪石纯度的影响;利用正交实验和单因素分析法研究了影响磷回收率的各种因素;采用质量法和X衍射法研究了50mg/L的模拟含磷废水的pH和摩尔配比对沉淀产物纯度的影响;结合化学分析、X衍射和显微镜等测定了鸟粪石的结构形态、组成及物化性质;研究了鸟粪石法回收实际废水中磷的可行性。主要内容如下:(1)理论研究和实验结果皆得出最佳pH为8.0～10.0。实验得出磷初始浓度小于50mg/L,时为9.5～10.0,磷初始浓度大于50mg/L时为9.0,磷初始浓度高于150mg/L时为8.0～8.5。(2)结晶条件对鸟粪石纯度影响的理论研究表明:磷初始浓度和N:P配比越大,优先生成鸟粪石所需的外加镁盐量越少。在理论最佳pH范围内,磷初始浓度较高时才能在理论N:P配比下优先生成鸟粪石,pH=8.0时,磷初始浓度需大于130mg/L:pH=8.5时,磷初始浓度需大于110mg/L;pH=9.0时,磷初始浓度需大于90mg/L;pH=9.5时,磷初始浓度需大于110mg/L;pH=10.0时,磷初始浓度则需大于170mg/L。为了保证鸟粪石优先沉淀,磷初始浓度越低,所需的N:P配比也越大。pH=8.5～9.5时,磷初始浓度小于10mg/L时,需N:P≥32;磷初始浓度为10～70mg/L时,需N:P=2～4;磷初始浓度为90～110mg/L时,需N:P=1～1.5;磷初始浓度大于110mg/L时,需N:P=1。(3)模拟废水的正交实验结果表明:对于不同初始浓度的含磷废水,磷初始浓度是影响磷回收率的主要因素;对于某一特定浓度的含磷废水,pH是影响磷回收率的主要因素,其次为Mg:P和N:P配比。温度对磷回收率的影响较小。(4)模拟废水的单因素实验结果表明:当镁盐和氨氮大大过量时,磷初始浓度与磷回收率成正比,且对残余磷浓度的影响较小,残余磷浓度可保持在2 mg/t,左右;磷回收率随Mg:P和N:P配比的增加而增大并逐步趋于稳定,实验得出的最佳配比是:磷初始浓度30mg/L时Mg:N:P=2:8:1,初始浓度50mg/L时Mg:N:P=1.6:4:1,初始浓度100mg/L时Mg:N:P=1.4:3:1,初始浓度150mg/L时,Mg:N:P=1.2:1.5:1;鸟粪石结晶反应的平衡时间很短,10min内基本达到平衡。(5)对50mg/L的模拟含磷废水所得沉淀物的纯度分析结果表明:按理论配比1:1:1反应,所得沉淀物不含或含少量鸟粪石;当Mg:N:P=1.6:4:1时,pH≤10均可生成较纯净的鸟粪石。在pH=9.5下,当Mg:P=1.6时,N:P≥3时才会生成较纯的鸟粪石;当N:P=4时,Mg:P=2是生成较纯鸟粪石的临界值,超过此比例则生成副产物。(6)鸟粪石晶体在显微镜下呈针斜状、叉状,随磷初始浓度增大和反应时间的推移逐步变长变粗实;沉淀物密度大、沉降性能好、吸水性差、溶解速度慢、长期贮存无结块倾向,可作为农作物的缓释肥使用。(7)实验考察了松江污水处理厂的污泥脱水滤液进行磷回收的最佳操作条件及可行性,结果表明:最佳pH为9.5左右,Mg:P=1.4,此时磷回收率达86%;虽然磷回收的运行成本略高于产物的经济效益,但综合考虑磷回收带来的社会、环境和经济效益,此法是可行的。