銘盛環(huán)境——工業(yè)污水，工業(yè)廢水處理專家，提供污水處理解決方案

　　磷(P)是地球上珍貴的自然資源，也是組成生命物質(zhì)不可短少的重要元素之一。磷礦資源的大量開采以及對(duì)磷資源回收應(yīng)用的無視，造成磷資源面臨干涸的現(xiàn)狀。由于磷資源的不可再生性，近幾年各國(guó)越來越注重對(duì)磷資源的可持續(xù)應(yīng)用。同時(shí)，關(guān)于磷回收應(yīng)用的環(huán)境范疇的研討課題，也遭到學(xué)者們的普遍關(guān)注。MAP結(jié)晶法是一種可以高效去除廢水中P的工藝辦法，且生成的鳥糞石（MAP）是一種不錯(cuò)的緩釋肥。本研討經(jīng)過對(duì)MAP結(jié)晶法回收高濃度酸性含磷廢水中的磷實(shí)施實(shí)驗(yàn)研討，以期為磷資源回收在理論工程上的運(yùn)用奠定局部的理論根底。

　　一、鳥糞石結(jié)晶法的根本原理

　　鳥糞石(MAP)的組成成分是MgNH4PO4•6H2O，所以生成鳥糞石須往含磷廢水中額外投加鎂鹽和銨鹽。從廢水中別離出反應(yīng)生成的鳥糞石晶體，以回收廢水中的磷。在水相中生成MAP晶體的主要化學(xué)反應(yīng)如下：

　　MAP結(jié)晶法具有反應(yīng)速率和沉降速率快，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。生成物MAP同時(shí)含有N、P2種營(yíng)養(yǎng)元素，可作為緩釋肥用于農(nóng)作物種植。

　　二、資料與辦法

　　2.1 試劑和儀器

　　主要試劑：堿式碳酸鎂[Mg5(CO3)4(OH)2•4H2O]、NH4Cl、維生素C、鉬酸銨、酒石酸銻鉀、氫氧化鈉、碘化汞、硫酸，以上試劑均為剖析純。

　　主要儀器：V1800型分光光度計(jì)、PB-10型pH計(jì)、DF-101S型磁力攪拌器、DZF-6020真空枯燥箱、AL204電子天平、SHB-IIIA循環(huán)水式多用真空泵、D8ADVANCEXX射線衍射儀、美國(guó)熱電A-6300電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀。

　　2.2 實(shí)驗(yàn)辦法

　　實(shí)驗(yàn)用廢水取自浙江某鋁材表面處置廠，原水中總磷的含量為24500mg/L左右，pH值為0.6左右。取適量上述廢水，先調(diào)理pH值，廢水中含有少量鋁離子，升高pH值的同時(shí)會(huì)有沉淀生成，須過濾取上清液，再按照設(shè)定的投加物的摩爾比投加堿式碳酸鎂和氯化銨，反應(yīng)一定時(shí)間，靜置、過濾取上清液測(cè)總磷(TP)的含量。其中最優(yōu)條件下生成的沉淀物在75℃下烘干至恒重，并研磨成粉末狀實(shí)施成分剖析。

　　2.3 剖析辦法

　　TP含量的測(cè)定采用鉬酸銨分光光度法，鎂離子含量的測(cè)定采用原子發(fā)射光譜法，氨氮含量的測(cè)定采用納氏試劑分光光度法，pH值的測(cè)定采用玻璃電極法。

　　三、結(jié)果與剖析

　　3.1 初始pH值影響

　　實(shí)驗(yàn)用廢水原始pH值很低，若直接將廢水pH值調(diào)至堿性，所耗堿液量太大，本錢太高。選用堿式碳酸鎂加氯化銨這一組試劑，是思索到堿式碳酸鎂可以溶于稀酸中，并且產(chǎn)生的OH-可以中和溶液中的酸，相同摩爾比條件下，堿式碳酸鎂溶解產(chǎn)生的OH-的含量要大于銨根水解生的H-含量。所以調(diào)理原始廢水pH值為4、5、6、7，過濾后取濾液，依據(jù)濾液中TP含量，按Mg∶N∶P理論摩爾比1∶1∶1投加堿式碳酸鎂和氯化銨。攪拌反應(yīng)30min，靜置20min，過濾，測(cè)定濾液中的TP含量、pH值并計(jì)算出TP的去除率，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

　　從表1能夠看出，按Mg∶N∶P摩爾比1∶1∶1投加堿式碳酸鎂和氯化銨，在不同的pH值條件下，反應(yīng)后的總磷含量均降低到10mg/L以下，且含量相近。反應(yīng)后溶液的pH值在7.3～8.2，屬于適合構(gòu)成鳥糞石晶體的pH值區(qū)間。但是，從表1數(shù)據(jù)無法判別出最佳的反應(yīng)初始pH值，后續(xù)將分別在不同pH值條件下實(shí)施實(shí)驗(yàn)研討。

　　3.2 堿式碳酸鎂和氯化銨投加量的影響

　　從MAP的成分組成可知，該沉淀反應(yīng)的Mg∶N∶P理論摩爾比為1∶1∶1。但在實(shí)踐過程中，由于廢水中其他離子的干擾以及溶液pH值、N和P的存在形態(tài)等要素的影響，若要提升TP的去除效果，則通常需要提升鎂鹽和銨鹽的投加比例。

　　3.2.1 Mg：P的影響

　　在控制N∶P摩爾比為1∶1，分別調(diào)理pH值為4、5、6、7，投加不同Mg∶P摩爾比的堿式碳酸鎂，攪拌反應(yīng)30min，靜置20min后，察看不同摩爾比的Mg和P對(duì)總磷去除的影響，結(jié)果如圖1所示。

　　由圖1可得，當(dāng)增大Mg∶P摩爾比時(shí)，廢水中的TP去除效果的確有所提升。其中在初始pH值為4時(shí)，TP的總體去除效果最好，初始pH值為6的除磷效果次之。當(dāng)n(Mg)∶n(P)到達(dá)1.1∶1時(shí)，TP含量曾經(jīng)降低至5mg/L以下，此時(shí)TP的去除率已到達(dá)99.98%。當(dāng)n(Mg)∶n(P)高于1.3∶1時(shí)，TP去除效果根本不變，以至有所降低。

　　3.2.2 N∶P的影響

　　控制Mg∶P摩爾比為1∶1，調(diào)理不同的pH值到4、5、6、7，再分別按不同N∶P摩爾比投加氯化銨試劑，攪拌反應(yīng)30min，靜置20min后，察看不同摩爾比的N和P對(duì)TP去除的影響，結(jié)果如圖2所示。

　　由圖2可知，當(dāng)增大N∶P摩爾比時(shí)，總磷的剩余量也隨之降低。當(dāng)初始pH值為6時(shí)，TP的整體去除效果最好，初始pH值為4的除磷效果次之。n(N)∶n(P)為1.2∶1時(shí)，總磷的剩余量最低，為3.74mg/L，去除率到達(dá)99.98%。當(dāng)n(N)∶n(P)高于1.2∶1時(shí)總磷含量的變化量很小，趨近于穩(wěn)定不變。

　　綜上所述，在不同pH值條件下，分別增大Mg∶P、N∶P摩爾比，總磷的去除效果也隨之有所提升，在初始pH值為4和6時(shí)，整體的總磷去除效果較好。從沉淀物XRD剖析結(jié)果來看，當(dāng)只改動(dòng)N∶P摩爾比時(shí)，沉淀物的物相組成顯現(xiàn)只要鳥糞石;當(dāng)只改動(dòng)Mg∶P摩爾比時(shí)，沉淀物的物相組成會(huì)呈現(xiàn)未溶解的堿式碳酸鎂并隨著Mg∶P摩爾比增大而不時(shí)增加。由于隨著Mg∶P摩爾比的增大，水樣pH值會(huì)隨之升高，而此時(shí)水中的磷含量曾經(jīng)很低，難以繼續(xù)與Mg2+、NH+4分離生成鳥糞石沉淀，造成堿式碳酸鎂很難在水中溶解，并使生成的鳥糞石純度降低。因而，初始pH值較低反而益于反應(yīng)的實(shí)施，同時(shí)思索經(jīng)濟(jì)本錢，初始pH值為4時(shí)，處置本錢較低，故選用pH值=4為最佳初始反應(yīng)pH值。

　　3.3 最佳鎂、氮、磷摩爾比實(shí)驗(yàn)

　　單獨(dú)增加Mg∶P摩爾比和N∶P摩爾比對(duì)廢水中磷的去除都有一定的促進(jìn)效果，因而設(shè)計(jì)了一組穿插比照實(shí)驗(yàn)，如表2所示。實(shí)驗(yàn)條件：調(diào)理pH值到4，攪拌反應(yīng)時(shí)間為30min，靜置時(shí)間為20min;N∶P摩爾比和Mg∶P摩爾比均選用1.1∶1、1.15∶1、1.2∶1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

　　從表2能夠看出，組合實(shí)驗(yàn)結(jié)果要比單獨(dú)實(shí)驗(yàn)結(jié)果要好，總磷剩余量穩(wěn)定在5mg/L以下。分離XRD剖析結(jié)果，當(dāng)Mg∶N∶P為1.2∶1.1∶1、1.15∶1.15∶1、1.2∶1.15∶1、1.15∶1.2∶1、1.2∶1.2∶1時(shí)，總磷的去除效果均較好，總磷含量均低于3mg/L，思索氯化銨的投加量增大的同時(shí)會(huì)造成試樣中氨氮含量的提升，故選擇Mg∶N∶P摩爾比=1.2∶1.1∶1為最佳投加比。

　　3.4 反應(yīng)時(shí)間的影響

　　調(diào)理pH值=4，控制Mg∶N∶P摩爾比=1.2∶1.1∶1，靜置時(shí)間為20min，察看不同攪拌反應(yīng)時(shí)間對(duì)TP的去除效果，結(jié)果如圖3所示。

　　由圖3能夠看出，反應(yīng)時(shí)間從10min增加到60min，總磷含量的變化量并不大。反應(yīng)時(shí)間為10min時(shí)總磷含量曾經(jīng)降低至3.305mg/L，去除率為99.98%。反應(yīng)時(shí)間到達(dá)20min以后，總磷的含量根本無變化。能夠看出，鳥糞石晶體的生成速率很快，在實(shí)驗(yàn)過程中就能夠察看到，當(dāng)投加過鎂鹽和銨鹽后就立刻會(huì)有大量沉淀產(chǎn)生。綜合思索，選用30min為最佳反應(yīng)時(shí)間，此時(shí)總磷濃度降至2.982mg/L，既能保證反應(yīng)的充沛實(shí)施，又能減少能耗。

　　3.5 沉淀物物相剖析

　　將在初始pH值為4，Mg∶N∶P摩爾比為1.2∶1.1∶1，攪拌反應(yīng)時(shí)間為30min，靜置時(shí)間為20min的條件下生成的沉淀物烘干、研磨成粉末，過篩后運(yùn)用X射線衍射儀實(shí)施物相剖析(圖4)。

　　在圖4中，上層圖譜代表沉淀物的衍射圖譜，底層圖譜則是鳥糞石(MgNH4PO4•6H2O&MgNH4PO4•H2O)的規(guī)范圖譜。比照?qǐng)D譜能夠看出，沉淀物中主要為鳥糞石沉淀，沒有顯現(xiàn)其他化合物的存在。這也闡明了在此反應(yīng)條件下生成的沉淀物中，鳥糞石的轉(zhuǎn)化比例較高，并沒有多余的堿式碳酸鎂試劑未溶解而沉淀出。

　　3.6 沉淀物元素剖析

　　對(duì)在初始pH值為4，Mg∶N∶P摩爾比為1.2∶1.1∶1，攪拌反應(yīng)時(shí)間為30min，靜置時(shí)間為20min的條件下生成的沉淀物實(shí)施成分組成剖析。詳細(xì)操作：精確稱取0.5000g枯燥后的沉淀物，在稀鹽酸中溶解并定容到100mL，丈量時(shí)則據(jù)Mg、N、P不同的丈量范圍實(shí)施濃度稀釋。沉淀物中Mg、N、P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以MgO、N、P2O5為基準(zhǔn)來計(jì)算。結(jié)果如表3所示。

　　由表3可得，沉淀物中Mg、N、P所對(duì)應(yīng)基準(zhǔn)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與鳥糞石中相應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)理論值較為接近，這闡明沉淀物的主要組成成分就是MAP。依據(jù)我國(guó)磷礦石的等級(jí)劃分規(guī)范，磷礦石中P2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%～30%范圍，屬于Ⅱ級(jí)磷礦石。相較于自然磷礦石，本研討產(chǎn)生的鳥糞石沉淀中有毒有害雜質(zhì)較少，易提純別離，愈加具有經(jīng)濟(jì)應(yīng)用價(jià)值。

　　四、結(jié)論

　　本研討采用MAP結(jié)晶法回收處置超高濃度酸性含磷廢水中的磷，具有良好的實(shí)驗(yàn)效果。在初始pH值=4，Mg∶N∶P摩爾比為1.2∶1.1∶1，反應(yīng)時(shí)間30min，靜置20min的條件下，廢水中TP的剩余量為2.982mg/L，TP去除率到達(dá)99.99%。

　　本研討創(chuàng)新性地運(yùn)用堿式碳酸鎂作為鎂鹽進(jìn)行含磷工業(yè)廢水處理，勝利處理了廣闊企業(yè)實(shí)踐排放廢水中高酸度條件須加堿調(diào)理pH值的問題，不只儉省本錢，也可以保證出水的低含磷量。

　　經(jīng)X衍射剖析顯現(xiàn)，最佳條件下反應(yīng)生成的沉淀物的主要成分就是鳥糞石。且經(jīng)過元素剖析可知，P2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)到達(dá)25.22%，等效于高品位的磷礦弛緩釋肥，且每噸廢水可產(chǎn)高純度的鳥糞石沉淀的干質(zhì)量在40kg左右，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

　　從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，總磷的去除效果較好，可以到達(dá)預(yù)期請(qǐng)求。但過量的藥劑投加會(huì)使處置后廢水中的總氨氮含量增大。所以此工藝辦法運(yùn)用到實(shí)踐工程中時(shí)，應(yīng)依據(jù)廢水的水質(zhì)及處置目的，恰當(dāng)調(diào)整沉淀劑的投加量和初始pH值，并可選擇和其他工藝聯(lián)用。