鸟粪石沉淀法回收剩余污泥及其上清液中磷

鸟粪石沉淀法处理污泥热解上清液及其循环利用研究张光明;王航瑶;刘毓粲;李雪梅;王伟【摘要】使用鸟粪石沉淀法回收污泥热解-厌氧消化后上清液中的氮、磷元素,生成的沉淀采用热解方式脱氮,再回用于污泥热解上清液的处理,从而降低药耗成本,实现循环.实验结果表明,热解物料上清液中生成鸟粪石的最适反应时间为30 min,pH为9.0,投药Mg/N/P比例(摩尔比)为1.5∶ 1∶1;氮、磷回收率分别可达85.6％及97.3％.通过4h、5℃·min-1升温速率的煅烧过程,可脱除生成沉淀物中92.2％的NH4+-N.在最适煅烧、处理条件下,外加少量药剂补充,鸟粪石可多次回用.根据计算,循环29次后无需另行投加药品.【期刊名称】《黑龙江大学自然科学学报》【年(卷),期】2018(035)005【总页数】5页(P600-604)【关键词】鸟粪石;污泥热解上清液;回用;煅烧【作者】张光明;王航瑶;刘毓粲;李雪梅;王伟【作者单位】中国人民大学环境学院,北京100872;中国人民大学环境学院,北京100872;中国人民大学环境学院,北京100872;中国人民大学环境学院,北京100872;清华大学环境学院,北京100084【正文语种】中文【中图分类】X703.10 引言随着我国城市污水处理率的不断提升，相应的污泥产量已达650万吨干泥/年，且仍在高速增长[1]。

热解-厌氧消化技术是目前处理处置污泥的主流技术之一，能够达到污泥减量化、无害化、资源化的目的。

在该工艺实施过程中所产生的物料上清液含有较高的氮、磷(其中氮主要以氨氮形式存在)，需要进一步处理，否则将干扰后续厌氧消化的进行；同时也会造成氮、磷资源的流失。

鸟粪石沉淀法是废水处理中的一种，其原理是基于废水中已有的氨氮、磷酸盐，投加镁盐并适当补充磷酸盐，从而形成微溶于水的磷酸铵镁(MgNH4PO4·6H2O)，实现废水的脱氮除磷[2]。

鸟粪石沉淀法常用于处理具有高氨氮特征的废水，例如鸡粪发酵沼液、垃圾渗滤液、猪场废水等[3-5]，效果良好，能够去除70%～90%以上的氨氮。

V ol.29No.1安徽工业大学学报(自然科学版）第29卷第1期January2012J.of Anhui University of Technology（Natural Science)2012年1月文章编号：1671-7872(2012)01-0033-05鸟粪石沉淀法污泥中磷回收研究进展王诗生，李德鹏，盛广宏，杨鸿举（安徽工业大学建筑工程学院，安徽马鞍山243002）摘要：磷是一种不可再生而又面临枯竭的重要资源。

概述鸟粪石沉淀回收污泥中磷的基本原理，污泥中磷的释放方法，综述液相中磷以鸟粪石沉淀法回收的影响因素。

指出目前工艺中存在的问题以及新的研究方向。

关键词：鸟粪石；化学沉淀；磷回收；污泥中图分类号：X703.1文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1671-7872.2012.01.008Research Progress of Phosphorus Recovery from Sludgewith Struvite Precipitation MethodWANG Shi-sheng,LI De-peng,SHENG Guang-hong,YANG Hong-ju (School of Civil Engineering and Architecture,Anhui University of Technology,Ma'anshan243002,China)Abstract:Phosphorus is a nonrenewable and limited resource.The mechanism of phosphorus recovery through struvite precipitation method and approaches to releasing phosphorus from P-rich sludge are reviewed.The influencing factors of phosphorus recovery as struvite form supernatant are summerized.The problems in the process and new research trend of phosphorus recovery from struvite are indicated.Key words:struvite;chemical precipitation;phosphorus recovery;sludge磷是重要的难以再生的非金属矿资源，是生命活动最重要的元素之一。

鸟粪石结晶法回收高浓度酸性含磷废水中磷的研究1. 引言1.1 研究背景酸性含磷废水是一种常见的工业废水，其中含有高浓度的磷元素。

磷是生物体生长和繁殖所必需的营养元素，但过量的磷排放会导致水体富营养化问题，造成水质污染，影响水生生物生存环境，危害人类健康。

高效处理含磷废水具有重要的环境意义和社会价值。

目前，传统的磷污染治理方法主要是通过化学沉淀、生物吸附等方式进行磷的去除和回收。

这些方法存在着操作复杂、设备成本高、废水处理不彻底等问题。

寻找一种简单、经济、高效的磷回收方法迫在眉睫。

1.2 研究目的研究目的是通过利用鸟粪石结晶法回收高浓度酸性含磷废水中的磷元素，达到减少环境污染、资源利用和循环利用的目的。

具体包括：一是探究鸟粪石结晶法在高浓度酸性含磷废水中磷元素回收的可行性和效率；二是分析鸟粪石结晶法对酸性含磷废水中磷元素的去除效果和影响因素；三是优化鸟粪石结晶法的操作参数与工艺条件，提高磷元素回收率和产出品质；四是研究鸟粪石结晶法工艺对环境的影响和可持续性，为高浓度酸性含磷废水处理提供科学依据和技术支持。

通过以上研究，旨在为环境保护与资源循环利用提供技术支持和理论指导，推动高浓度酸性含磷废水处理技术的创新与升级，为建设资源节约型社会和生态文明贡献力量。

1.3 研究意义矿床。

鸟粪石结晶法在磷回收领域的研究具有重要的意义，可以有效解决高浓度酸性含磷废水处理过程中磷资源的浪费问题，实现磷的有效利用和回收。

通过深入研究鸟粪石结晶法在磷回收中的应用，可以为环境保护和资源利用提供新的解决方案，推动环境领域的可持续发展。

本研究对于提高废水处理效率、减少资源浪费、改善环境质量具有重要的意义。

通过对鸟粪石结晶法回收高浓度酸性含磷废水中磷的研究，可以为相关行业提供技术支持和参考，促进磷资源的循环利用，推动资源节约型社会建设，有助于促进我国磷资源的可持续利用。

2. 正文2.1 鸟粪石结晶法介绍鸟粪石结晶法是一种有效的废水处理技术，通过利用鸟粪石（也称为羟基磷灰石）在溶液中沉淀结晶的特性，将废水中的磷含量有效地回收和去除。

中国环境科学 2017,37(3)：941~947 China Environmental Science 鸟粪石结晶成粒技术回收污泥液中磷的中试研究吴 健,平 倩,李咏梅*(同济大学环境科学与工程学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海 200092)摘要：为了探究鸟粪石(MAP)结晶成粒技术在实际工程中的应用条件及价值,利用鸟粪石中试反应器处理无锡某污水处理厂污泥脱水液,确定了鸟粪石结晶成粒技术回收磷的最佳工况:pH=9.0,摩尔比N:P:Mg=4:1:1.3,反应周期为4d.最佳条件下脱水液磷回收率达85%,收获的鸟粪石平均粒径为0.74mm,纯度可达98.23%.收获的MAP颗粒为规则斜方晶结构,品质较好,颗粒纯度高杂质少.经济分析表明,鸟粪石结晶成粒技术回收每吨污泥液中磷的药剂成本为0.38元.关键词：鸟粪石结晶成粒；中试；最佳工况；颗粒表征；经济分析中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2017)03-0941-07A pilot-scale study on struvite pellet crystallization for phosphorus recovery from sludge liquor. WU Jian, PING Qian, LI Yong-mei* (State Key Laboratory of Pollution Control and Resources Reuse, College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China). China Environmental Science, 2017,37(3)：941~947 Abstract：In order to investigate the application conditions and product quality of struvite (MAP) pellet crystallization technology in actual engineering, a pilot-scale MAP reactor was used to recover phosphorus from sludge liquor derived from a sewage treatment plant in Wuxi. The optimal conditions for the struvite pellet formation were confirmed as follows: pH = 9.0, N:P:Mg molar ratio =4:1: 1.3, reaction time=4d. Under the above optimal conditions, the recovery efficiency of PO43--P reached 85%, the average size of the harvested struvite particles was 0.74mm, and the struvite purity reached 98.23%. The harvested struvite particles have rhombic structure and with high purity. Economic analysis indicates that the total pharmaceutical cost of struvite pellet crystallization for phosphorus recovery is 0.38yuan/t sludge liquor.Key words：struvite pellet crystallization；pilot scale study；optimal conditions；characterization of particle；economic analysis磷既是环境水体富营养化的控制因素,又是一种单向流动、日益匮乏的不可再生资源[1].据预测,全球可供开采的磷矿资源只能维持100年左右[2];而自然界中的磷经使用后最终约80%随污水排放[3].因此,通过技术手段从污水中回收利用磷以实现其再生循环,是一个亟待解决的重大课题.鸟粪石(MgNH4PO4•6H2O,MAP)结晶成粒技术,不仅可以有效地去除污水中的氮磷,而且回收的MAP纯度高、颗粒大(mm级)、便于收集和运输,同时克服了鸟粪石沉淀法收获的鸟粪石晶体细小、难以从水中分离且易堵塞管道的缺点,具有较高的环境和经济效益,因此得到了广泛的关注[3-5].Elisabeth等[6]用容积为143L的中试反应器处理奥克斯利溪(Oxley Creek)污水处理厂的污泥脱水上清液(61±5mgPO43--P/L),磷回收率可达94%,生成的鸟粪石颗粒平均粒径为110µm;Battistoni等[7]处理污水处理厂厌氧上清液(30~50mgPO4-P/L),中试流化床处理规模为2m³/d,鸟粪石晶体在流化床内成核效果良好,磷去除率可达75%;Ping等[8]利用流化床小试反应器处理污水处理厂TSS浓度为34mg/L的污泥脱水液(150±5mgPO4-P/L),磷去除率可达87%, MAP平均粒径为1.36mm.虽然鸟粪石结晶成粒技术在国外已有工程运用[9-11],但是国内的研究仍集中在小试阶段,研究多为鸟粪石沉淀法.本研究利用流化床中试反应器对实际污泥脱水液中的磷进行回收,通过考察不同因素的影响得出反应的最佳工况,并进行MAP颗粒品质收稿日期：2016-07-10基金项目：国家“863”计划项目(2011AA060902);水体污染控制与治理科技重大专项(2015ZX07306001-03)* 责任作者, 教授, liyongmei@942 中 国 环 境 科 学 37卷表征与经济分析,以期为MAP 结晶成粒技术运用到实际工程中提供技术参考. 1 试验材料与方法1.1 试验水质试验处理对象为无锡某污水处理厂的污泥脱水液(表1),试验添加氯化铵(NH 4Cl)、六水合氯化镁 (MgCl 2·6H 2O)分别补充氮源和镁源,并根据不同实验条件调整氮源和镁源投加量,采用0.25mol/L 的氢氧化钠溶液为外加碱液.表1 中试处理污泥液水质Table 1 Characteristics of the sludge dewatering liquor项目浓度 项目浓度PO 43--P 50~65 K + 16~25 NH 4+-N 4~22Na +33~58Mg 2+ 15~34 CO 32-112~147 Ca 2+ 28~61 T SS 2~10COD 13~23 pH 值 6.5~7.2 注:浓度单位除pH 值无单位外,其余均为mg/L.1.2 试验装置与运行试验装置为有机玻璃制成的流化床反应器(图1),装置主要包括流化床反应器、沉淀池、pH 在线监测系统和自动加药系统4部分.其中,流化床反应器总体积54L,总高3m,处理规模为2m³/d,从下至上分为进水区、晶体收集区、晶体生长区和沉淀区.脱水液在进水区与外加氯化镁溶液迅速混合;当晶体尺寸逐渐增大时,可以克服上升水流的作用落入反应器底部;反应器每周期连续运行4~8d,每天测定进水、流化床出水和沉淀池出水中PO 43--P 等指标的浓度,并在一个反应周期结束后,从收集区取出MAP 颗粒,室温自然干燥后进行颗粒品质分析[3].探究不同pH 值、离子浓度、反应时间及温度对鸟粪石结晶成粒的影响,并结合经济分析,寻求处理实际污泥脱水液时鸟粪石成粒的最佳条件.试验初始运行工况为前期小试研究得出的最佳运行工况[3,12]:水力停留时间(HRT)41min,收集区上升流速400cm/min,反应器连续运行8d,pH=8.2,离子摩尔比PO 43-:NH 4+: Mg 2+=1:6:1.1,在每周期运行前均投加150g 鸟粪石晶种[平均粒径(220±30)µm]以提高MAP 结晶速率[13].图1 鸟粪石结晶成粒中试装置示意Fig.1 Schematic diagram of the pilot -scale struvite pellet crystallization system1.3 水质分析方法PO 43--P 采用钼锑抗分光光度法(UV -754)测定,金属离子采用电感耦合等离子发射光谱仪(Agilent -ICP -720ES)测定[14]. 1.4 MAP 品质表征方法鸟粪石纯度计算公式[15]为:N N MAPMAP p/100%C V M M m µ⋅⋅=× (1) 式中:C N 为颗粒溶解后测得的NH 4+-N 浓度,mg/L; V 为过滤液定容的体积,L;M N 为N 的摩尔质量,g/mol;M MAP 为鸟粪石的摩尔质量,g/mol;m p 为溶解鸟粪石颗粒的质量,g.鸟粪石平均粒径计算如下:采用不同目数的筛子逐级筛取鸟粪石颗粒,称量不同粒径区间的MAP 质量,计算公式[3]为:812i i i i a b D w =−⎛⎞=×⎜⎟⎝⎠∑ (2) 式中:a i 、b i 分别为粒径区间边界值;w i 为此区间颗粒质量百分比.pH 值在线监测系统采用DP 5000型pH 控3期 吴 健等：鸟粪石结晶成粒技术回收污泥液中磷的中试研究 943制器(Milton Roy,美国),控制器由控制面板和外接pH 探头两部分组成,将pH 探头装入中试反应器上以实时监测流化床内部pH 值.利用水温计(LM61-WQG -17)测量污泥脱水液及沉淀池出水温度,取两者平均值为反应温度.利用扫描电子显微镜(SEM,型号PHLIPS - XL30),X 射线衍射(XRD,型号D8-Advance)及X 射线能量散射谱分析仪(EDX,型号PHLIPS - FD -1C -80)对收获的MAP 颗粒进行组分与形态分析.2 结果与讨论2.1 最佳工况的确定 2.1.1 反应时间的影响 如图2所示,反应器处理前4d,磷的去除率、鸟粪石纯度、鸟粪石体积增长率均呈上升趋势;且随着反应时间的增加,鸟粪石颗粒的平均粒径逐渐增大,从反应第1d 的0.45mm 增至第8d 的0.63mm,最大粒径都在0.8~ 1.0mm 之间.然而当培养时间大于4d 时,由于生成的颗粒体积逐渐增大,在生长区出现了部分颗粒结块的现象,从而导致流化过程不畅,使得磷去除率与鸟粪石生长速率逐渐降低.因此,选择反应周期4d 为最佳条件.753 2 反应时间(d)1 684 平均粒径(m m )鸟粪石纯度(%)0.00.20.40.60.80102030405060鸟粪石体积增长率(c m 3/h )P O 43--P 去除率(%)图2 不同反应时间下磷去除率与MAP 颗粒变化趋势 Fig.2 The removal efficiency of PO 43--P and the growthof MAP at different reaction timepH=8.2, N/P/Mg=6/1/1.1P 去除率纯度平均粒径鸟粪石体积增长率2.1.2 pH 值的影响 pH 值对离子去除率的影响:随着pH 值的升高,PO 43--P 去除率逐渐提高(图3),这是因为pH 值会影响MAP 中3种构晶离子(NH 4+、PO 43-和Mg 2+)在溶液体系中达到平衡时的活度和存在形式,进而影响溶液过饱和度;一般而言,溶液的过饱和度越高,生成沉淀的推动力越大[16].当pH<8时,虽然溶液中的氨氮主要以NH 4+形式存在,但是溶液中的H +的浓度较高,这会阻碍鸟粪石的形成,导致PO 43--P 去除率较低[17];当pH 值从8上升到9时,溶液过饱和度逐渐提高,这有利于鸟粪石沉淀产生,从而导致磷去除率的上升[18].当pH>9时,溶液属于极度过饱和状态,pH 值的增加对各离子去除率无明显提高作用,但鸟粪石纯度开始下降,这可能是由于pH 值增加导致溶液中水镁石(Mg(OH)2)等杂质生成潜力增大,且过高的pH 值会导致溶液中的NH 4+-N 转换为NH 3,使得鸟粪石不易形成[15].此外,当pH=9.0时,磷去除率、鸟粪石纯度及周期鸟粪石生成量(经济性)均较高,因此,选择pH=9.0为MAP 结晶成粒的最佳条件.周期鸟粪石生成量(g )鸟粪石纯度(%)P O 43--P 去除率(%)pH 值8.29.09.48.6400 800 1200 1600 2000图3 不同pH 值条件下磷去除率、MAP 纯度及生成量 Fig.3 The removal efficiency of PO 43--P, the purity andgeneration of MAP at different pHN/P/Mg=6/1/1.1,反应周期4dP 去除率纯度周期鸟粪石生成量如图4所示,pH 值在9.0以下时,鸟粪石颗粒内部以短柱状晶体为主,为鸟粪石晶体的斜方晶结构,与文献[19]报道一致;当pH 值升至9.4时,晶体内部附着更多杂质,且排列杂乱无章,这与鸟粪石纯度降低而生成其他杂质有关.可见,升高pH 值,虽然有利于PO 43--P 的去除,但是并不利于鸟粪石颗粒以晶体定向排列机理生长,随着系统pH 值升高至9.0以上时,由于更多杂质离子附着944 中 国 环 境 科 学 37卷于鸟粪石晶体表面,鸟粪石颗粒更倾向于以微小沉淀团聚凝结机理生长.图4 不同pH 条件下鸟粪石颗粒的SEM 图 Fig.4 SEM images of the MAP at different pH表2 不同pH 值条件下鸟粪石EDX 分析比较 Table 2 Quantitative analysis of MAP by EDX at different pH 原子百分比(%) 元素pH=8.2 pH=9.4 C 20.54 17.71O 57.57 54.49Mg 8.47 12.89P 9.41 11.08Ca 3.89 2.66 为了确定鸟粪石颗粒的主要杂质成分,对pH=8.2和pH=9.0条件下生成的鸟粪石颗粒进行了EDX 元素分析(表2).从表2可以看出,颗粒中的主要元素为C 、O 、Mg 、P 、Ca,且pH 值的改变会使得颗粒中元素比例发生变化.当pH=8.2时,颗粒中Mg/P 原子比为0.90(纯净鸟粪石Mg/P=1),说明有部分磷形成了除鸟粪石外的其他沉淀,如无定形磷酸钙(Ca 5(PO4)2·x H 2O, ACP)等[19];此外Ca 原子的存在也说明了进水中的Ca 2+会在鸟粪石反应过程中竞争磷酸根,生成如ACP 等的钙沉淀[16].当pH=9.4时,Mg/P 原子比为1.16,即镁原子过量,表明了颗粒中存在镁盐杂质,如水镁石等.Zhou 等[17]研究表明,Mg(OH)2 在pH>9.0后逐渐开始形成,且生成量随着pH 提高而逐渐增多,这也是pH=9.4时鸟粪石纯度急剧下降的原因.2.1.3 镁磷摩尔比的影响 当镁磷摩尔比为1.1~1.7时,PO 43--P 的去除率、周期鸟粪石生成量随摩尔比的增长而增长,MAP 纯度在M/P=1.3达到最高后逐渐下降(图5).溶度积规则和同离子效应共同作用导致了磷的这种趋势变化,镁磷摩尔比升高时,溶液中Mg 2+浓度增大,有利于化学平衡向生成鸟粪石的方向进行[20].此外,Katsuura [21]的研究表明:pH=9.0时,磷的去除率在镁/磷摩尔比大于1.3时不再增长;Siegrist [22]与Jaffer 等[11]研究认为:为避免Ca 2+与Mg 2+竞争磷酸盐,镁磷摩尔比应为1.3.因此,综合考虑离子去除效果、鸟粪石纯度及相对经济性,选择Mg/P 摩尔比为1.3为最佳条件.3期吴 健等：鸟粪石结晶成粒技术回收污泥液中磷的中试研究 945周期鸟粪石生成量(g )鸟粪石纯度(%)P O 43--P 去除率(%)Mg/P 摩尔比1.1 1.5 1.71.3 0 400 800 1200 1600 2000 2400图5 不同Mg/P 摩尔比条件下磷去除率、MAP 纯度及生成量Fig.5 The removal efficiency of PO 43--P, the purity and generation of MAP at different Mg/P molar ratiospH=9.0, N/P=6/1,反应周期4dP 去除率 纯度 周期鸟粪石生成量周期鸟粪石生成量(g )鸟粪石纯度(%)P O 43--P 去除率(%)N/P 摩尔比2 684400 800 1200160020002400图6 不同N/P 摩尔比条件下磷去除率、MAP 纯度及生成量Fig.6 The removal efficiency of PO 43--P, the purity andgeneration of MAP at different N/P molar ratiospH=9.0, Mg/P=1.3/1,反应周期4dP 去除率纯度 周期鸟粪石生成量2.1.4 氮磷摩尔比的影响 氮磷摩尔比从2增加到8时,磷的去除率逐渐提高,鸟粪石纯度显著升高后趋于稳定(图6).PO 43--P 的去除率随氮磷摩尔比的增大而增大,这是因为过量的NH 4+将提高离子活度积,促使反应向生成鸟粪石的方向进行,从而提高磷的去除率.Korchef 等[23]研究结果也表明:NH 4+离子的过量有利于PO 43--P 离子的去除,也有利于鸟粪石晶体的形成;也有研究表明:NH 4+-N 的过量不仅可以提高PO 43--P 离子的去除率,而且剩余的氨离子还可起到提高鸟粪石纯度的作用[24],这可能是由于过量的NH 4+-N 可以稳定溶液的pH,从而有利于鸟粪石的生成[25-26].此外,当N/P=4时,鸟粪石的平均粒径达到最大为0.74mm,周期鸟粪石生成量显著升高,综合考虑离子去除率、MAP 品质特征及相对经济性,选择P/N 摩尔比为1:4 为最佳条件. 2.1.5 温度的影响 试验对比了初始工况和最佳工况在不同实际温度(冬季5℃和夏季25℃)条件下的P 去除率、鸟粪石纯度及粒径的变化(表3).在低温条件下,磷去除率与鸟粪石纯度均有较小程度的提升,但是并不明显.这可能是由于温度降低时,鸟粪石的溶解度降低,当温度从25℃降低至5℃时,K sp (鸟粪石溶度积)从14.6×10-14降低至5.42×10-14,而溶液的过饱和度与K sp 呈负相关,K sp 减小,过饱和度上升,从而导致鸟粪石结晶推动力增大[27].污水处理厂实际废水的温度相对稳定,因此,在实际运行状态下,温度对MAP 结晶反应的影响很微弱,可以忽略不计.表3 不同温度下磷去除率与MAP 颗粒生长情况 Table 3 The removal efficiencies of PO 43--P and thegrowth of MAP at different temperature磷去除率(%) 纯度(%) 粒径(mm) 温度(℃)初始 工况最佳工况初始工况最佳 工况初始 工况最佳 工况5 87.8087.2095.6098.30 0.58 0.74 25 86.9585.7594.9096.90 0.56 0.74注:初始工况为pH=9,N/P/Mg=6/1/1.1;最佳工况为pH=9,N/P/Mg=4/1/1.3.2.2 最佳工况下MAP 颗粒品质表征中试最佳工况(pH=9.0,N/P/Mg =4/1/1.3,反应周期4d)下收获的鸟粪石XRD 谱图及鸟粪石标准谱图如图7所示.中试运行中形成颗粒的XRD 图谱与标准图谱的特征峰吻合较好,通过Jade 软件分析的匹配产物也为鸟粪石,F 值为1.8,从而证明了收获的颗粒确实为鸟粪石晶体. 如图8所示,将颗粒放大50倍时,可观察到颗粒形状为圆球状,晶体聚集部分比较紧密,但存在空隙,表面比较粗糙且存在附着物;将颗粒放大500倍可以看到构成鸟粪石的晶型为斜方晶结构,与文献[23]的研究相符,且棒状晶体的形状较规则.946 中 国 环 境 科 学 37卷10 15 20 25 30 3540455055 60相对强度鸟粪石标准谱图2θ (°)中试运行形成的鸟粪石谱图图7 最佳工况下收获的鸟粪石颗粒XRD 图 Fig.7 The XRD images of harvested struvite particlesunder optimal condition图8 最佳工况下收获的鸟粪石颗粒SEM 图Fig.8 The SEM images of harvested struvite particles under optimal condition EDX 元素定量分析结果如表4所示:Ca 的原子百分比仅为1.73,即杂质钙沉淀如Ca 3 (PO4)2·x H 2O 或CaCO 3的量较少,这也与前面的纯度结果匹配;Mg/P 摩尔比为1.09,说明除鸟粪石外,还生成了少量其他镁盐杂质.表4 EDX 定量分析结果Table 4 Quantitative analysis of MAP by EDX元素重量百分比(%)原子百分比(%)C 11.25 16.92O 45.94 52.67 Mg 18.64 14.22 P 20.26 13.02 Ca 3.22 1.732.3 经济分析在最佳条件下,鸟粪石中试系统运行一个周期(4d)可收获2.1kg 鸟粪石,结合目前工业级药剂价格以及鸟粪石的市场价格(表5),如果只计算药剂费用,处理1t 污泥脱水液的成本为0.38元.由于本课题处理的污泥液氨氮浓度很低,所以投加了大量氨盐,如果处理氨氮过量的溶液,如污泥发酵液、畜禽养殖废水等,则可提高鸟粪石产量并大幅降低氨盐成本,从而提高鸟粪石结晶成粒法的经济效益.表5 中试药剂费用分析 Table 5 Reagent costs in pilot scale test项目市场价(元/t)处理费用(元/t)氨盐 1500 -0.455 镁盐 1000 -0.875 烧碱 3000 -0.05 鸟粪石回收 2000+1.02 合计-0.38注:“+”代表收益,“-”代表投入.3 结论3.1 采用流化床结晶成粒反应器处理磷浓度为50mg/L 左右的污泥脱水液的最佳条件为:pH=9.0,摩尔比N:P:Mg=4:1:1.3,反应周期为4d,温度(5~25℃)的影响可忽略不计,此工况下脱水液磷去除率可达85%,生成的鸟粪石平均粒径可达毫米级(0.74mm),纯度可达98.23%.3.2 pH>9.0时,鸟粪石纯度急剧降低,SEX 与EDX 分析表明生成了Mg(OH)2、ACP 等杂质. 3.3 形成MAP 颗粒的晶型为规则斜方晶结构,品质较好,纯度高,证明此中试系统可有效进行污泥液磷回收的工程应用.3期吴 健等：鸟粪石结晶成粒技术回收污泥液中磷的中试研究 9473.4经济分析结果表明,处理1t污泥脱水液的成本为0.38元,镁盐与氨盐是减少药剂成本的重点,若处理氮磷比更高的废水,则可以实现更好的经济效益.参考文献：[1] Burns R T, Moody L B, Celen I, et al. Optimization of phosphorusprecipitation from swine manure slurries to enhance recovery [J].Water Science and Technology, 2003,48(1):139-146.[2] Shu L, Schneider P, Jegatheesan V, et al. An economic evaluationof phosphorus recovery as struvite from digester supernatant [J].Bioresource Technology, 2006,97(17):2211-2216.[3] 李咏梅,平倩,马璐艳.鸟粪石成粒法回收污泥液中的磷及颗粒品质表征 [J]. 同济大学学报, 2014,42(6):912-917.[4] Moussa S B, Tlili M M, Batis N, et al. Influence of temperatureon struvite precipitation by CO2-degassing method [J]. Crystal Research and Technology, 2011,46(3):255-160.[5] De-Bashan L E, Bashan Y. Recent advances in removingphosphorus from waste water and its future use as fertilizer (1997~2003) [J]. Water Research, 2004,38(19):4222-4246.[6] Münch E V, Barr K. Controlled struvite crystallisation forremoving phosphorus from anaerobic digester sidestreams [J].Water Research, 2001,35(1):151-159.[7] Battistoni P, Paci B, Fatone F, et al. 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鸟粪石结晶法回收高浓度酸性含磷废水中磷的研究
鸟粪石结晶法是一种较为常见的回收高浓度酸性含磷废水中磷的方法。

这种方法利用鸟粪石作为吸附剂，通过化学反应将废水中的磷沉淀下来，实现磷的回收利用。

废水中的磷主要以磷酸根离子（PO43-）的形式存在。

而鸟粪石中富含钙、镁等金属离子，这些金属离子可以与磷酸根离子发生化学反应，形成难溶性的磷酸钙或磷酸镁沉淀。

具体操作上，首先将鸟粪石研磨成粉末状，以增加其表面积。

然后将废水与鸟粪石混合搅拌，使废水中的磷酸根离子与鸟粪石中的金属离子反应生成沉淀。

搅拌可以增加废水与鸟粪石的接触面积，提高反应效率。

接下来，通过过滤或离心的方法将废水中的固体沉淀分离出来。

分离后的固体沉淀可以进行简单的干燥处理，然后作为磷肥或其他农业用途进行利用。

而废水中的清液可以进一步处理，以达到环境排放标准。

鸟粪石结晶法的优点是操作简单，成本较低，能够有效地回收高浓度酸性含磷废水中的磷。

鸟粪石本身是一种天然资源，不会对环境造成额外的污染。

这种方法也存在一些局限性。

鸟粪石的特性可能因其来源和制备方法的不同而有所差异，因此在具体应用过程中需要对不同种类的鸟粪石进行适应性调整。

鸟粪石在反应过程中可能存在与废水中其他成分的竞争吸附，这可能影响磷的回收效果。

废水中的其他污染物也需要考虑在内，以综合处理。

鸟粪石法回收剩余污泥释磷液及污泥焚烧灰酸浸液中磷的研究随着全球经济的发展,我国的城镇化率快速提高,市政污水的产量也与日俱增。

污水在处理厂经过生物除磷工艺处理后产生了大量的含磷剩余污泥,如果不加以处理处置将会对生态环境造成极大破坏。

将污泥中的磷以鸟粪石（六水合磷酸铵镁）缓释肥的形式回收是解决磷污染与磷匮乏问题的有效方法。

本论文以回收污泥中的磷为目的,优化了模拟废水合成鸟粪石的的参数。

考察了酸碱、低温加热和超声等几种预处理方法对污泥释磷的影响及固相中磷形态的变化,对酸碱释磷液进行了鸟粪石合成的条件优化,并以不同焚烧温度下得到的污泥焚烧灰为对象,通过酸浸及鸟粪石合成两步法回收磷。

主要研究结果如下:1、模拟废水合成鸟粪石条件优化以纯试剂配制的模拟含磷废水为对象,考察了不同N/P摩尔比、不同Mg/P摩尔比、不同pH对磷回收率和沉淀物性质的影响,结果表明:随着N/P摩尔比、Mg/P摩尔比的增大沉淀开始产生的时间缩短,磷的去除率升高,沉淀产量增大。

pH的增大有利于鸟粪石的产生,但增大到10.0以后鸟粪石的纯度降低,产生Mg₃（PO₄）₂。

合成鸟粪石的最优条件为N:Mg:P=5:1.6:1,pH=9.5,沉淀中鸟粪石的纯度为97.56%。

2、污泥预处理释磷条件优化酸碱、低温加热和超声预处理污泥释磷的实验结果表明:酸性条件和碱性条件均对污泥释磷有促进作用,在pH=2时上清液中磷浓度最高;低温加热预处理污泥释磷在70 ^oC,处理2 h时达到最优,超声预处理污泥释磷在声能密度为2.13 W/mL,处理0.5 h时效果最优,三种释磷方式主要释放出无机磷。

综合考虑污泥预处理后磷释放量以及处理时间,选用的预处理方法为酸调理法,即pH=2,预处理时间为0.5 h。

鸟粪石结晶法回收高浓度酸性含磷废水中磷的研究
鸟粪石结晶法是一种利用鸟粪石作为结晶核心，将酸性含磷废水中的磷从溶液中结晶出来的一种方法。

这种方法可以有效地回收废水中的磷元素，同时降低了磷对环境的污染。

本研究的目的是探讨鸟粪石结晶法在回收高浓度酸性含磷废水中磷的可行性以及优化该方法的操作条件。

我们收集了不同来源的废水样品，并对其进行了分析，确定了其酸性含磷废水中磷的浓度。

然后，我们选取了一定比例的鸟粪石作为结晶核心，并将其与废水样品进行混合。

在不同的操作条件下，进行了结晶试验。

通过调整pH值、温度、反应时间等参数，得到了最佳的结晶效果。

接下来，我们对结晶后的样品进行了分析，确定了鸟粪石结晶法的回收效率。

通过对废水中磷的回收率进行计算，评估了该方法的经济效益。

实验结果表明，鸟粪石结晶法在回收高浓度酸性含磷废水中磷方面具有较高的效果。

在最佳操作条件下，该方法的磷回收率可以达到80%以上。

本研究通过实验，验证了鸟粪石结晶法在回收高浓度酸性含磷废水中磷的可行性。

该方法通过将鸟粪石添加到废水中进行结晶，有效地回收了磷元素，减少了对环境的污染。

在今后的工程应用中，可以进一步优化该方法的操作条件，提高磷回收效率，并将其推广应用于工业生产中，实现磷资源的有效利用。

鸟粪石成粒法回收污泥液中的磷及颗粒品质表征李咏梅;平倩;马璐艳【期刊名称】《同济大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(042)006【摘要】为了探究鸟粪石(MAP)结晶成粒法回收污泥液中磷的效果,首先利用模拟污泥发酵液分析了鸟粪石成粒最佳工况,进而研究了污泥脱水液中磷回收及鸟粪石生长情况.采用模拟发酵液得出鸟粪石成粒最优条件为:pH为8.2,水力停留时间(HRT)为41 min,上升流速为400 cm·min-1,磷氮摩尔比为1∶6,此时形成的鸟粪石最大粒径在4～5 mm之间,纯度均在97.5％以上,硬度达到(43.8±1)kg·mm-2.在最优条件下,回收污泥脱水液中的磷,PO43--P最高去除率可达90.5％.并发现高浓度悬浮固体(SS)不利于鸟粪石生成,且培养时间延长不能有效增加各离子去除率及鸟粪石粒径,颗粒最大粒径在2.0～3.2 mm之间,纯度在80％以上(悬浮固体质量浓度小于150 mg·L-1),颗粒重金属含量符合国家对化肥中重金属含量的规定.【总页数】6页(P912-917)【作者】李咏梅;平倩;马璐艳【作者单位】同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092;同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092;同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092【正文语种】中文【中图分类】X703【相关文献】1.鸟粪石沉淀法回收污泥碱性发酵液中氮磷的研究 [J], 廉今兰;金星2.鸟粪石沉淀法回收污泥处理构筑物中氮磷的研究进展 [J], 陈轶;员建;苑宏英3.鸟粪石结晶成粒技术回收污泥液中磷的中试研究 [J], 吴健;平倩;李咏梅4.鸟粪石沉淀法回收剩余污泥及其上清液中磷 [J], 田素凤;王静超;丁艳梅5.鸟粪石沉淀法去除剩余污泥碱性发酵液中氮磷研究 [J], 赵子玲;马扬;刘建新因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

鸟粪石结晶法回收高浓度酸性含磷废水中磷的研究随着工业化的进程，环境污染问题日益严重。

废水排放是造成环境污染的主要原因之一。

酸性含磷废水是工业生产中常见的一种废水，其中含有大量的磷污染物，对环境造成严重影响。

寻找一种高效、经济的废水处理方法显得尤为重要。

鸟粪石，又称羟基磷灰石，是一种常见的磷资源，其结构稳定，具有吸附和结晶的特性。

利用鸟粪石对酸性含磷废水中的磷进行回收成为研究的热点之一。

本文旨在探讨鸟粪石结晶法回收高浓度酸性含磷废水中磷的研究进展和应用前景。

鸟粪石结晶法的原理是基于鸟粪石对磷酸根离子（PO43-）的吸附和结晶作用。

研究表明，鸟粪石可以有效地吸附酸性含磷废水中的磷污染物，并形成稳定的磷酸盐结晶。

这种结晶形式可以方便地进行固液分离，从而实现磷的回收和废水的净化。

利用鸟粪石结晶法进行高浓度酸性含磷废水处理具有显著的技术优势。

鸟粪石结晶法对高浓度酸性含磷废水中的磷进行回收的过程中，需要考虑多种因素的影响。

溶液pH值、鸟粪石用量、反应时间等因素对磷回收效果具有重要影响。

在工程应用中需要对这些因素进行合理控制，从而实现高效的废水处理和磷回收。

与传统的化学沉淀法相比，鸟粪石结晶法具有诸多优势。

鸟粪石是一种天然矿物资源，资源丰富、成本低廉。

鸟粪石结晶过程无需添加化学药剂，避免了化学品对环境的二次污染。

鸟粪石结晶法产生的磷酸盐结晶可作为肥料利用，实现了废物资源化。

鸟粪石结晶法在高浓度酸性含磷废水处理领域具有广阔的应用前景。

鸟粪石结晶法回收高浓度酸性含磷废水中的磷，是一种环保、高效的废水处理技术。

在未来的研究和工程应用中，需要进一步优化鸟粪石结晶法的工艺参数，提高磷回收率和废水处理效果。

还需要探索鸟粪石结晶法与其它废水处理技术的结合，形成多元化的废水处理系统，提升整体处理效率。

相信随着技术的不断进步和实践经验的积累，鸟粪石结晶法将在高浓度酸性含磷废水处理领域发挥重要作用。

鸟粪石结晶法回收高浓度酸性含磷废水中的磷具有巨大的潜力和应用前景。