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当前,因养殖废水、城镇污水排放的氮磷元素所引发的水体富营养化已经成为我国湖泊、水库等水体突出的水环境问题之一。通过鸟粪石结晶法将氮磷从废水中回收利用,既可以降低氮磷污染,又可以实现磷资源的再生循环,具有巨大的社会环境效益和潜在的经济收益,已成为目前国际学术研究和工业投资的一个新热点。然而从废水中回收鸟粪石通常需要额外添加镁源,较高的镁源沉淀剂成本是鸟粪石技术产业化应用的一个限制因子。本文利用两种液态镁源(硫酸镁(MgSO4)和盐卤),两种固态镁源(氧化镁(MgO)和氢氧化镁(Mg(OH)2)),鸟粪石法回收养猪废水中的磷,评价不同镁源不同反应条件下的除磷效果、回收产品组分与形貌及经济效益。主要研究结论如下:
⑴根据除磷效果和回收鸟粪石含量及产量确定的液态镁源最优n(Mg)/n(P)为1.8,最优pH为9.5,固态镁源适宜的n(Mg)/n(P)为2.8或2.4,MgO和Mg(OH)2的最优反应时间分别为6h和1h。以上反应条件下,(i)两种液态镁源除磷效果、回收鸟粪石含量及产量相当;(ii)固态镁源相比液态镁源,除磷效果、回收鸟粪石含量较低,鸟粪石产量相当或较低;(iii)Mg(OH)2除磷效果、回收鸟粪石含量及产量最低。
⑵根据除磷效果和净收益确定的MgSO4、盐卤(运输距离50km)最优反应条件为n(Mg)/n(P)=1.8,pH=8.5,MgO最优反应条件为n(Mg)/n(P)=2.8,反应时间6h,Mg(OH)2最优反应条件为n(Mg)/n(P)=2.4,反应时间4h。以上反应条件下,(i)盐卤相比MgSO4,除磷效果相当,净收益增大,表明盐卤是一种可替代MgSO4的经济型液态镁源;(ii)固态镁源相比液态镁源除磷效果提高,净收益提高,经济性更优;(iii)MgO相比Mg(OH)2除磷效果相当,净收益提高,经济性更优。
⑶影响回收产品纯度的杂质主要包括:有机物(14.1%-27.5%)、主要为石英砂的酸难溶无机物(15.8%-24.8%)以及酸溶物(12.0%-29.9%)。液态镁源下,酸溶物主要为无定形磷酸钙(ACP),固态镁源下,酸溶物主要为ACP和未反应的固态镁源。
⑷两种液态镁源下回收鸟粪石晶体呈棒状、梯形片状或其他不规则状,两种固态镁源下回收鸟粪石晶体呈不规则粒状或块状。
⑸各种镁源所回收产品中的重金属含量相当,Cu、Zn含量超过土壤环境质量标准(GB15618-1995),回收产品均不可以用作化肥农用,需对废水作适当预处理之后才能回收品质较高的的鸟粪石产品。