鳥糞石法回收廢水中磷的沉淀物的組成和晶形
摘要:利用鎂鹽為沉淀劑,以磷酸銨鎂沉淀的形式回收模擬廢水中的磷.采用掃描電鏡和X射線衍射對生成的沉淀物的晶形進行表征,利用ICP和化學分析方法測定沉淀物的組成,并結合飽和度的計算對回收的沉淀物的晶形和純度進行研究.結果顯示:沉淀物為斜方型晶體時才是純的鳥糞石,針形晶體不是純的鳥糞石;沉淀物的晶形與溶液的初始飽和度有一定的關系,當溶液的初始飽和度較低時,不管pH或鎂或氨氮的濃度在一定范圍如何變化,其沉淀物都為斜方形晶體;當溶液的初始飽和度高過一定程度后,其沉淀物中都會出現針形的晶體,且不同條件下所生成的針形晶體的X射線衍射峰都與磷酸鎂的特征峰有很好的對應關系,說明針形晶體與磷酸鎂有一定的關聯.
關鍵詞:廢水,磷回收,鳥糞石,沉淀物
以鳥糞石沉淀的形式回收廢水中的磷被國外環境工作者和企業家公認為一種最有希望的技術方法, 該方法既能減少磷排放所造成的環境污染,又可回收日益匱乏的磷資源. 回收的六水磷酸銨鎂( M gNH4PO4#6H2O ) 俗名為鳥糞石 ( 簡稱 MAP ), 有很多用途, 最大的用途是做化肥工業和磷酸鹽工業的 原 料 ( Gaterell et al. , 2000; Elisabeth et a.l ,2001) .
以鳥糞石沉淀法從廢水中回收得到的沉淀物作為一種可循環利用的物質, 其純度將直接影響到產品的應用價值和使用安全. 但是, 之前的研究基本上都是以回收率為目標, 即只注重磷的回收率,回收的沉淀物的組成和晶形沒有引起足夠的關注,未見有專題的研究報道; 雖有不少的研究偶有涉及, 但都很不系統, 且結論有時還相互矛盾, 如有研究者認為鳥糞石是具有斜方晶結構的晶體, 但也認為是針形結構的. Parsons( 2001)通過實驗證實,MAP 具有典 型的斜方 晶形結構, 而 Schultze 等( 2001)和 Stratfu l等 ( 2001) 卻觀察到, MAP 有著不同厚度和長度的針形結構, 并認為這是由于反應條件不同而引起的. Stratful等 ( 2001)還對從高濃度氨氮廢水中回收的沉淀物進行了電鏡分析, 結果表明, 隨著反應時間的延長, 針狀晶體的粒徑慢慢增大, 同時 Stratful提出鳥糞石的純度隨著初始氨氮濃度的增加而提高. H irasawa( 1996)的研究表明, 隨著溶液中 Mg/P的增大, 沉淀物的晶形由斜方形變為針形, 且其氮磷鎂組成也發生了變化, 但未說明沉淀物是否仍為鳥糞石. 而 Suschka等 ( 2003)通過實驗卻得出 M g/P從 1變化成 4時, 其斜方形的晶形并不發生變化的結論; Suschka等 ( 2003) 進一步研究還發現, 在高濃度氨氮條件下生成的沉淀物為針形形狀. Kofina等 ( 2003)認為, pH 值是影響晶體形狀的最重要因素, 在 pH 值為 8. 5時晶體呈針形, 而當 pH 值為 9. 0 時晶體是斜方形的. Le Corre等( 2007) 通過電鏡分析發現, 在 pH 值為 10、NBM gBP= 1B2B2 條件下回收得到的沉淀物為針狀的物質;XRD 分析結果顯示, 針狀的沉淀物實為 MAP 和M g3( PO4)2#22H2O的 混合物.
有文獻報道( Durrant et al. , 1999; P iekem a et al. , 2001; Sylv iae t al. , 2001)溶液的初始飽和度對 MAP成核結晶過程和晶形有重要的影響.如上所述, 目前對沉淀物的晶形和純度及其影響因素的認識還很混亂. 本研究中系統考察沉淀物的晶形, 晶形與其鳥糞石的純度之間的聯系, 以及pH、鎂鹽濃度、氨氮濃度和溶液的初始飽和度等因素對沉淀物的晶形和鳥糞石純度的影響規律, 以期為鳥糞石沉淀法回收廢水中磷的工藝設計和操作控制提供理論依據.
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