有机物对鸟粪石法回收废水中磷的影响

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磷是一种不可再生的,且储量有限的非金属资源。从废水中回收磷是实现磷资源循环利用的重要途径之一,而以鸟粪石沉淀形式回收废水中磷备受青睐。有机物是废水中重要组分之一,但有关于废水中的有机物对鸟粪石结晶的影响及机理研究尚未见报道。直接采用废水实验,难以鉴别有机物对鸟粪石法回收磷的影响。鉴于此,本文选用实际富磷废水中常见的3种有机物(蛋白质(BSA)、碳水化合物(葡萄糖)、腐殖酸),配置模拟废水,研究其对鸟粪石法回收磷的影响,并采用鸟粪石法回收实际废水中的磷。研究内容及结果如下:首先,研究有机物浓度对鸟粪石法回收磷的影响,结果表明:(1)上清液残留磷浓度均随着三种有机物浓度的增加而增加。分别添加BSA和葡萄糖浓度至1000mg/L时,残留磷浓度从空白试验的7.14mg/L分别增至8.8mg/L和9.8mg/L;添加腐植酸浓度至200mg/L时,残留磷浓度增至14.9mg/L;(2)鸟粪石纯度随着BSA和腐植酸浓度的增加而降低,而葡萄糖不影响鸟粪石纯度;(3)三种有机物的存在均对晶体的微观形貌产生影响。随着BSA浓度的增加,晶体晶形由针形变为X形、羽毛形,最终变为三棱柱形;随着腐植酸浓度的增加,晶体晶形变为羽毛形;随着葡萄糖浓度的增加,晶体变为棒状晶体与针状晶体的混合物;(4)三种有机物的存在均减小了晶体的粒径,当BSA、腐植酸和葡萄糖三种有机物浓度为200mg/L时,晶体粒径从空白试验的17.7μm分别降低至11.2、12.7和16.3μm。(5) TOC与Mg/N摩尔比分析结果表明,分别添加BSA与腐植酸后,生成的鸟粪石晶体表面吸附了这两种有机物与Mg形成的的配合物,并且结合晶形和粒径分析可知,配合物抑制了鸟粪石晶体的生长。而葡萄糖并无吸附抑制作用。其次,固定3种有机物浓度条件下,研究陈化时间对鸟粪石法回收磷的影响,结果表明:(1)空白试验中,残留磷浓度随陈化时间的增加呈先下降后升高的趋势,BSA和葡萄糖存在条件下残留磷浓度的变化规律与空白一致;腐植酸存在条件下,残留磷浓度随陈化时间的增加呈先下降后不变的趋势;(2)将陈化时间为1d和10d的产物晶形对比可知,空白试验和葡萄糖存在条件下,晶体由针状变为树突状;腐植酸和BSA存在条件下,陈化时间对晶形几乎不产生影响;(3)空白试验中,晶体粒径随陈化时间的延长呈先增大后减小的趋势;BSA和葡萄糖存在条件下,晶体粒径随陈化时间的变化规律与空白一致,且于第10d达到最大值,分别为19.7和27.5μm;腐植酸存在条件下,晶体粒径随着陈化时间的延长而呈先增大后不变的趋势;(4)陈化时间在1~10d内,空白、BSA和葡萄糖存在条件下,晶体的生长速率分别为1.24、1.02和1.21μm/d,而腐植酸存在条件下,晶体的生长速率接近于零,陈化30d后晶体的粒径仅增加了0.8μm。再次,固定3种有机物浓度条件下,研究Mg/P摩尔比对鸟粪石法回收磷的影响,结果表明:(1)空白试验中,残留磷浓度随着Mg/P比的增加而呈先迅速下降后不变的趋势。三种有机物存在条件下,残留磷浓度随着Mg/P比的变化趋势与空白试验一致,有机物对磷回收的影响大小关系为:腐植酸>BSA>葡萄糖>空白;(2)空白试验中,晶体纯度随着Mg/P比的增加而降低,而葡萄糖存在条件下,晶体纯度随Mg/P比的变化规律与空白试验一致;腐植酸和BSA存在条件下,晶体纯度在90%附近波动;(3)空白试验中,晶形随Mg/P比的增加而呈“珊瑚状”的晶体聚合体,而葡萄糖和腐植酸存在条件下,晶形随Mg/P比增加的变化规律与空白试验一致;BSA存在条件下,晶形随Mg/P比的增加而呈片状。(4)综合考虑磷回收率及鸟粪石纯度,实际回收过程中,建议控制Mg/P比为1.4较为合适。最后,研究了实际污泥厌氧废水中鸟粪石法回收磷的效果。结果表明:(1)超声联合酸(pH5)并经搅拌的污泥氮磷释放效果最好,厌氧发酵10d后,NH3-N和PO43--P的释放量分别达到223mg/L和144.9mg/L;(2)在已经消除Ca影响的污泥厌氧上清液中回收鸟粪石,磷回收率达到97.2%,产物纯度仅为88.6%。
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