以磷酸钙盐的形式从污水处理厂回收磷的研究解读
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磷肥制造过程中废水处理与资源回收方法分析摘要:磷肥是农业生产中必不可少的营养物质,然而磷肥制造过程中会产生大量废水,其中含有大量的磷酸盐和重金属等有害物质,对环境造成严重污染。
因此,废水处理与资源回收成为了制约磷肥产业可持续发展的重要环节。
基于此,本文章对磷肥制造过程中废水处理与资源回收方法分析进行探讨,以供相关从业人员参考。
关键词:磷肥制造;废水处理;资源回收;方法分析引言磷肥在农业生产中发挥着重要作用,然而磷肥制造过程中产生的废水所含磷酸盐等有机物质,容易造成水体富营养化,对水体生态环境产生严重影响。
企业应采用适当的废水处理技术和资源回收途径可以有效减少环境污染,提高资源利用率。
一、磷肥制造过程中废水处理与资源回收的技术问题在磷肥制造过程中,废水处理与资源回收技术的不完善会导致磷润滑现象,使得废水处理不彻底,同时也浪费了有价值的资源。
在磷肥制造过程中,废水中含有大量的磷元素,但目前存在的资源回收技术并不成熟,导致磷元素无法被有效回收利用。
目前市面上常见的磷回收技术包括化学沉淀、离子交换、膜分离等,但这些技术存在着效率低、操作复杂等问题,导致废水中的磷无法得到充分回收和利用,同时也增加了处理成本。
磷肥制造过程中,废水中磷含量较高,容易形成磷润滑现象,即废水处理设备表面会附着磷化物而影响设备正常运行。
这会导致废水处理效率下降,处理设备易受损,同时也增加了清洗和维护成本。
目前还缺乏有效的技术手段解决这一问题,影响了废水处理设备的稳定运行。
二、磷肥制造过程中废水处理与资源回收的具体方法(一)除油预处理除油预处理是废水处理过程中至关重要的一步,主要针对废水中的油和表面油脂进行处理,以减少对环境的影响,确保废水符合排放标准。
目前,除油预处理主要采用油分离法和损耗法两种方法。
油分离法是一种常见的油脂去除方法,通过利用油在水中的浮力不同而实现分离。
这种方法的原理是将废水通过一定的设备,使油类物质浮于水面形成油层,然后再采用各种手段如拦截板、引流池等来收集、分离油脂。
环保概念下的磷化工水处理及其回收利用探讨随着社会的发展和工业化的进程,水污染问题愈发突出,特别是磷污染对水质造成了严重的影响。
磷是一种重要的营养元素,对于生物生长起着至关重要的作用,但是过量的磷排放却会引发水质恶化和生态系统的破坏。
磷的处理和回收利用成为了环保领域中一个备受关注的话题。
磷是一种广泛存在于自然界中的元素,它主要以无机形式存在于土壤、岩石和矿物中,也存在于生物体内。
随着化肥、洗涤剂、垃圾填埋等人类活动的增加,磷的排放量也随之增加,导致了水体中磷污染的严重问题。
在城市和农村的污水处理厂中,磷化工废水的处理成为了一项重要的工作,如何高效地去除污水中的磷,降低磷的排放量,提高水质成为了环保领域中的重要课题。
磷化工废水的处理主要分为化学法、生物法和物理化学混合法。
化学法主要是通过给废水中加入一定的化学试剂,来使废水中的磷沉淀成磷酸钙等难溶的化合物,然后进行过滤和沉淀的方法来去除磷。
生物法是通过利用微生物的作用将废水中的有机磷氧化为无机磷,然后通过沉淀的方法将其去除。
物理化学混合法则是结合了化学方法和生物方法的优点,通过加入化学试剂改变水的性质,促进磷的沉淀,并使用生物方法来修复水体。
在磷化工废水处理的过程中,一般会产生大量的磷化工污泥,这些污泥中富集了大量的磷资源。
如何从污泥中高效地回收利用磷,变废为宝也是一个迫切需要解决的问题。
目前,常见的磷回收利用途径主要有生物法、化学法和物理化学法。
生物法主要是利用微生物将污泥中的有机磷氧化成无机磷,然后用于生产生物肥料或者微生物工业。
化学法主要是通过热法或者湿法将污泥中的磷酸化成磷酸盐,用于生产肥料或者工业原料。
物理化学法则是通过物理的方法,比如提高污泥的温度或者改变污泥的酸碱度来回收磷。
在进行磷回收利用的过程中,需要考虑的问题还有很多。
回收利用的技术成本要合理,不能过高;回收利用的产品要有市场需求,不能过于冷门。
还需要考虑废水处理和磷回收利用与环保政策的结合,制定出相应的操作标准和控制措施,以确保处理和回收利用的效果。
赤泥诱导磷酸钙结晶法回收废水中的磷胡怡;宋永会;钱锋;王宝玉【摘要】为获取适用的废水磷回收工艺,以赤泥为晶种,诱导磷酸钙(HAP)结晶法回收模拟废水中的磷,研究工艺条件对回收效果的影响;运用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱仪(EDS)和X-射线衍射仪(XRD)对最优工艺条件下的结晶产物进行了表征.结果表明,当搅拌速度为180 r/min,搅拌时间为30 min,沉淀30 min后,在赤泥投加量为8 g/L,赤泥粒径为40~60目(250~380 μm),初始磷酸盐浓度为60 mg/L时,磷的回收率可达74.1%.不同初始磷酸盐浓度下,随pH升高,磷酸根离子、钙离子的回收率均增大,但增大速率随初始磷酸盐浓度的提高而减缓.磷酸根离子的回收率随着Ca与P物质的量比的增大而增大;而钙离子的回收率随Ca与P物质的量比的增大达到一个最大值,但随初始磷酸盐浓度不同,出现回收率最大值的Ca与P物质的量比也不同.赤泥晶种重复使用不宜超过3次.废水中的磷主要以磷酸钙形态被回收.【期刊名称】《环境工程技术学报》【年(卷),期】2014(004)001【总页数】7页(P60-66)【关键词】磷回收;赤泥;结晶法;晶种;磷酸钙(HAP)【作者】胡怡;宋永会;钱锋;王宝玉【作者单位】中国环境科学研究院城市水环境科技创新基地,北京100012;陕西长之河石油工程有限公司,陕西西安710016;中国环境科学研究院城市水环境科技创新基地,北京100012;中国环境科学研究院城市水环境科技创新基地,北京100012;陕西省建筑科学研究院,陕西西安710082【正文语种】中文【中图分类】X703.1水体中磷浓度增加会导致水体富营养化,使湖泊蓝藻爆发,沿海海域赤潮频发,造成严重的环境问题。
同时,磷是不可再生的矿产资源,随着含磷材料消耗速度的加快,自然界中磷储备枯竭问题越来越受到关注,我国已将磷矿列为2010年后不能满足国民经济发展需求的20种矿产之一[1-2]。
磷酸盐污染的环境治理技术研究一、磷酸盐污染简介磷酸盐是一种常见的无机盐,包括磷酸二氢钾、磷酸三钠等,是植物生长必需的营养元素之一。
但是,过度利用化肥和污水排放等原因导致磷酸盐在环境中的过度积累,形成磷酸盐污染。
磷酸盐污染会导致水体富营养化,引起水体藻类和藻类毒素的增生,破坏水生态系统,对人体健康也会造成影响。
二、磷酸盐污染的治理技术目前,针对磷酸盐污染的治理技术主要有以下几种:1.化学沉淀法化学沉淀法是将化学物质加入水中,使磷酸盐转化为可沉淀性的固态物质,使用滤网或沉淀池等设备将经过处理的污水进行固液分离。
这种方法的优点是处理效率高、处理后的磷能够循环利用。
但是,由于化学物质的使用,会对原水造成二次污染,同时不能完全消除磷酸盐的存在,所以需要与其他治理技术结合使用。
2.生物吸附法生物吸附法是利用微生物吸附、脱除水中磷酸盐的方法。
它使用具有亲和力的微生物、酵母或其他假单胞菌等,将其放置在废水处理系统或过滤床中。
在水中通过微生物的代谢作用,磷酸盐被富集在生物部分,随后在上下游释放,达到脱除污染的目的。
该方法的优势是能够实现环境友好、低成本等要求,但其对于磷酸盐的去除率、吸附速度等方面还存在一些瓶颈。
3.活性炭吸附法活性炭吸附法是利用特定质量(如大亚湾硬木活性炭等)的活性炭吸附水中的磷酸盐、有机污染物等废物的技术。
活性炭通过吸附溶于水中的磷酸盐,悬浮物和胶体等,达到净化水质的效果。
优点是吸附效果好、反应速度快等,但是需要定期更换活性炭,增加了一定的成本负担。
4.植物修复法植物修复法是利用特定的植物,如小型草类、水葫芦根、鸭头等在水体中种植,通过这些植物的吸收和生化机制把污染物质质转化为生物质或气态物质,从而达到净化水质的目的。
这种方法的优势是能够实现环境友好、低成本,但是其去除效率相对较低,需要大量种植,维护成本比较高。
三、结论由于磷酸盐污染会对水体生态系统产生严重影响,加速嗅迹、透明度等环境问题,因此需要采用各种方法对其进行治理。
污水处理厂回收磷的方法及工艺探讨摘要:磷是一种非常重要的物质,作为一个农业大国,我国对于磷的需求量非常高。
怎样才能高效回收磷,是一个非常值得探讨的项目。
本文介绍了污水处理厂在进行磷的回收时,用到的一些方法,这其中主要包括了土地直接利用法、化学沉淀法、吸附/解吸法等一系列方法。
重点分析了磷回收工艺,同时针对于国内外的一些研究进行了分析,对于我国的实际情况比较后,对我国污水处理厂进行磷回收的前期作了展望。
关键词:磷回收;污水;结晶磷是地球上生命物质中不可缺少的元素之一。
人类骨骼和牙齿、动物饲料添加剂、洗涤剂、食品添加剂等,所有这些都需要磷的参与。
磷广泛分布在土壤、水中,同时也广泛存在于在矿物和岩石中,磷从陆地开始,到海洋结束,属于在直流运动,人类主要从地壳中的磷矿中提取磷。
目前,磷矿储量急剧下降。
按照目前的采矿率,易于开采且有价值的磷矿只能维持人类100年年左右。
磷矿开采后,约80%用于磷化肥生产中,农田施用磷肥后,作物对磷肥的吸收会受到诸多因素的影响,且大部分的磷肥会留存在土壤之中,或者随着雨水而进入自然界的水体之中。
今天的污水处理厂终端处理技术,不可能妥善的处理污水,包括磷会形成所谓的“点源”污染,影响水生态环境对环境构成威胁。
本文结合国内外研究现状,着重对工厂的磷回收方法进行的简述[1],列出了污水处理厂的磷回收过程,展望了我国废水磷回收的前景[1-2]。
1、污水处理厂的磷回收方法磷的回收方法主要包括直接土地利用、化学沉淀等方法,以下重点介绍直接渗透利用、化学沉淀、生物除磷/回收、吸附/解吸和沉积晶体磷回收方法的优缺点。
1.1 污水处理厂的方法污水污泥土地利用无疑是一种经济、简单的磷回收利用方法,但也存在一些问题。
一般来说,土壤有一定的自净能力。
有机物污染可以通过微生物分解在一定时间内消除。
然而,大量污水的长期灌溉必然会导致其他污染物,尤其是重金属的积累,被污染的土壤又将进一步导致地下水被污染。
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。
《剩余污泥中磷素在FeCl3调控水热条件下的形态转化与回收研究》篇一一、引言随着城市化的不断推进和工业的迅猛发展,剩余污泥的处理与资源化已成为环境科学与工程领域的重要研究课题。
在众多污泥处理方法中,磷素的有效回收和资源化利用对于缓解磷资源短缺和减轻环境污染具有重要意义。
本文针对剩余污泥中的磷素,在FeCl3调控的水热条件下,探究其形态转化及回收的规律与机制。
二、研究背景及意义近年来,磷资源的匮乏已经成为制约农业发展和环境可持续性的一大因素。
而城市污水处理过程中产生的剩余污泥富含丰富的磷素。
通过合适的处理方法将这部分磷素提取出来,不仅能够实现污泥的资源化利用,还可以缓解磷资源的紧张局面。
目前,许多研究已经关注了FeCl3作为调理剂在污泥处理中的作用,尤其是其对磷的转化和回收的潜力。
三、材料与方法1. 材料准备实验选用某城市污水处理厂的剩余污泥作为研究对象,FeCl3作为调理剂。
所有试剂均为分析纯,实验前对污泥进行预处理并分析其基本性质。
2. 方法(1)设置不同浓度的FeCl3水热处理实验条件;(2)对处理后的污泥进行取样,分析其磷素的形态变化;(3)采用化学分析方法测定磷的回收率;(4)通过X射线衍射、红外光谱等手段分析物质的结构变化。
四、实验结果与分析1. 形态转化实验发现,随着FeCl3浓度的增加和水热处理时间的延长,剩余污泥中的磷素形态发生了显著变化。
其中,部分无机磷转化为有机磷,同时也有部分有机磷转化为更易被植物吸收利用的形式。
此外,FeCl3的存在促进了磷酸盐与铁的络合反应,生成了磷酸铁等物质。
2. 回收率与效率在适当的FeCl3浓度和水热条件下,磷素的回收率显著提高。
当FeCl3浓度达到某一最佳值时,回收率达到最大。
同时,回收效率与水热处理的温度和时间也密切相关。
通过优化这些参数,可以实现磷素的高效回收。
3. 结构变化分析通过X射线衍射和红外光谱分析发现,水热处理后污泥中的矿物质结构发生了显著变化,一些难溶的磷酸盐矿物被转化为更易溶解的形式。
环保概念下的磷化工水处理及其回收利用探讨
磷是生命必需元素之一,而其化合物在农业、工业生产和生活污水中都存在着大量的排放。
这些磷化合物含有丰富的营养成分,在农业中可以提高作物的产量和品质,但同时也会引起水质污染、臭气扰民等问题。
因此,对于磷化工水的处理和回收利用,已经成为了环保工作中的重要任务。
磷化工水处理的方法主要包括物理、化学和生物处理三种方法,具体的处理方法要根据排放的磷化工水性质和污染物浓度来确定。
物理处理一般包括沉淀、过滤、膜分离等方法,化学处理则包括添加化学品降解磷化合物的方法,如氧化剂、还原剂、吸附剂等,生物处理则是利用微生物进行分解和降解磷化合物的处理方法。
在磷化工水处理的过程中,对于磷的回收利用也是非常重要的环保工作。
现在广泛应用的磷回收技术主要有生物吸附、化学还原、离子交换、液-液萃取、膜分离等方法。
其中,生物吸附是一种利用生物吸附材料吸附磷的方式,具有回收率高、成本低等特点;化学还原则是利用还原剂将磷化合物转化成无机磷酸盐后进行回收;离子交换则是利用异质离子交换树脂将磷离子吸附在树脂上进行回收;液-液萃取是利用有机相和水相的不相溶性特点实现磷的分离和回收;膜分离则是利用膜的不同性质将磷酸盐和其他离子分离出来进行回收。
在磷化工水处理和回收利用中,需要注意的是对于磷的排放实行“减量化”和“资源化”,即尽可能地减少排放,并将排放的磷化合物重新利用起来。
除此之外,还需要加强政策引导、加强管理监督、加强技术支撑等方面,共同推动磷化工水的环保工作,打造可持续发展的生态环境和美好未来。
脱水污泥中磷资源回收的技术研究与应用前景概述:城市污水处理过程中产生大量污泥,其中富含有磷等重要营养元素。
然而,传统的处理方法往往导致磷的浪费和污染,同时也浪费了宝贵的资源。
因此,针对脱水污泥中磷资源的回收和利用,进行相关技术研究具有重要的意义。
本文将对脱水污泥中磷资源回收的技术研究和应用前景进行探讨。
一、脱水污泥中磷资源回收的技术研究1. 生物法回收磷资源生物法回收磷资源是指利用生物学的方式,通过微生物的作用将脱水污泥中的磷转化为可再利用的形式。
目前,常用的生物法包括微生物磷素去除技术、微生物燃烧技术和微生物生产生物质技术等。
这些技术不仅可以高效回收脱水污泥中的磷资源,同时还能降低环境污染和能源消耗。
2. 化学法回收磷资源化学法回收磷资源是指利用化学反应将脱水污泥中的磷转化为可溶性的磷化合物,进而进行提取、分离和再利用的技术。
目前,已经研究开发出了一系列化学法回收磷资源的技术,如磷酸法、铵态磷法和氧化法等。
这些技术具有高效、快速、经济等特点,可以有效地回收脱水污泥中的磷资源。
3. 物理法回收磷资源物理法回收磷资源是指利用物理性质的差异,通过分离、浓缩等操作将脱水污泥中的磷分离出来的技术。
目前,常用的物理法包括压滤、离心和膜分离等。
这些技术具有操作简便、能耗低、回收效率高等优点,可以有效地回收脱水污泥中的磷资源。
二、脱水污泥中磷资源回收的应用前景1. 农业领域回收脱水污泥中的磷资源可以作为肥料的一种补充,用于农作物的生长和发育。
磷是植物生长必需的元素之一,适当施用脱水污泥中的磷资源可以有效提高农作物的产量和品质。
此外,回收脱水污泥中的磷资源还可以减少化肥的使用量,降低农业对环境的影响,实现可持续农业的发展。
2. 工业领域回收脱水污泥中的磷资源可以应用于多个工业领域。
磷是冶金、建材、化工等行业的重要原料,回收利用脱水污泥中的磷资源可以降低对天然磷矿石的依赖,减少矿产资源的消耗。
同时,磷资源的回收利用还可以降低工业生产过程中的环境污染和废弃物的排放,提高资源利用效率,推动工业的可持续发展。
《剩余污泥中磷素在FeCl3调控水热条件下的形态转化与回收研究》篇一一、引言随着城市化进程的加快和工业的迅猛发展,污水处理厂产生的剩余污泥量日益增加,其中含有丰富的磷素资源。
如何有效回收和利用这些磷素资源,既符合可持续发展的要求,又能减少环境污染,已成为当前研究的热点问题。
本研究以剩余污泥为研究对象,探讨在FeCl3调控水热条件下,磷素的形态转化及回收机制。
二、材料与方法1. 材料本研究所用剩余污泥取自某城市污水处理厂。
实验所用试剂包括FeCl3、氢氧化钠、盐酸等。
2. 方法(1)实验设计:将剩余污泥与FeCl3溶液混合,在一定的水热条件下进行反应。
通过改变反应条件,如温度、时间、FeCl3浓度等,探讨不同条件下磷素的形态转化。
(2)样品处理与分析:对反应后的样品进行过滤、洗涤、干燥等处理,采用化学分析方法测定磷素的形态及含量。
利用X射线衍射、红外光谱等手段对反应产物进行表征。
三、实验结果与分析1. 磷素的形态转化在FeCl3调控水热条件下,剩余污泥中的磷素发生了明显的形态转化。
随着反应条件的改变,磷素从原始的有机态逐渐转化为无机态,并与铁结合形成磷酸铁等化合物。
此外,部分磷素以磷酸盐的形式在水中溶解。
2. FeCl3对磷素转化的影响FeCl3在磷素形态转化过程中起到了关键作用。
适量的FeCl3可以促进磷素的有效转化,提高回收率。
然而,过量的FeCl3可能导致反应体系中铁磷比失衡,影响磷素的回收效果。
3. 回收效果评价通过对比不同条件下的实验结果,发现适宜的水热条件及FeCl3浓度对磷素的回收效果具有显著影响。
在适宜的条件下,磷素的回收率可达到较高水平。
此外,对回收的磷素进行进一步纯化和利用,可实现其资源化利用。
四、讨论与结论1. 讨论本研究表明,在FeCl3调控水热条件下,剩余污泥中的磷素发生了显著的形态转化。
适宜的水热条件和FeCl3浓度对磷素的回收效果具有重要影响。
此外,本研究还发现磷酸铁等化合物的形成对磷素的回收和利用具有重要意义。
鸟粪石结晶法回收高浓度酸性含磷废水中磷的研究
随着化学工业的发展和城市规模的扩大,废水排放量不断增加,其中高浓度酸性含磷废水对环境的影响十分严重。
因此对高浓度酸性含磷废水中的磷进行回收具有重要意义。
本研究采用鸟粪石结晶法回收高浓度酸性含磷废水中的磷。
实验采用高浓度酸性含磷废水为原料,通过鸟粪石结晶法进行磷的回收。
实验中首先对原料废水进行了平衡pH的调整,在pH值为4的条件下,加入6g/L的鸟粪石晶种,并进行搅拌和沉淀,最终通过过滤和干燥得到磷酸钙沉淀物。
同时,对剩余液体进行调整pH的处理,再次进行晶种加入和沉淀,得到的磷酸钙沉淀物与前一次所得沉淀物混合,最终得到回收纯度为95%的磷酸钙沉淀物。
实验结果表明,鸟粪石结晶法能够有效地回收高浓度酸性含磷废水中的磷。
该方法具有操作简单、成本低、回收率高等优点,适用于大规模的磷回收工程。
但需要注意的是,鸟粪石晶种的加入量应根据废水中的磷含量和pH值进行调整,以达到最佳的磷回收效果。
同时,所得到的磷酸钙沉淀物应进行深度处理,防止对环境造成二次污染。
综上所述,鸟粪石结晶法具有很大的应用前景,对解决高浓度酸性含磷废水中磷的回收难题具有重要意义。
2006年7月 July.2006 ・110・ 磷既是造成水体富营养化的关键因素,又是一种不可再生、难以替代的有限自然资源。研究表明,全球磷矿资源将于本世纪中叶面临枯竭[1]。我国有关部门也已将我国磷矿列为2010年后不能满足国民经济发展需求的20种矿产中的一种[2]。因此,磷的可持续利用问题越来越受到世界各国学者与政府的高度重视。
污水处理厂回收磷是有效的解决磷资源可持续利用问题的重要措施之一。为控制水体富营养化,城市污水处理厂在去除生活污水有机物的同时也设有生物除磷脱氮的工艺,因此某些环节(如,厌氧池或污泥消化池能产生高浓度溶解性磷酸盐液流,非常适合回收磷。污水中的磷可以以鸟粪石、磷酸钙、磷酸铝和磷酸铁等多种形式回收再利用。其中,鸟粪石与磷酸钙被认为是最具有前景的磷回收途径[3]。回收的鸟粪石作为可直接施用的缓释磷肥具有较直观的经济效益[4],所以在目前对污水回收磷的研究与应用中,以鸟粪石沉淀形式回收磷的实例居多,磷酸钙的较少,仅有几个国家对从污水中以磷酸钙的形式回收磷酸盐进行了实验或生产[5,6]。然而磷酸钙盐作为自然界磷矿石的主要成分,不仅是磷酸盐工业上适合进一步加工的理想原料,也是磷肥生产的重要原料,它的回收利用同样具有重要价值。在我国,污水处理厂回收磷的研究还处于起始阶段,尤其是以磷酸钙盐的形式回收磷的相关研究还未见报道。为此,本文通过实验,研究以磷酸钙盐的形式从污水中回收磷的一些控制参数。
1 以磷酸钙盐的形式回收磷的原理 目前,对于磷酸钙尚未有一个简单且明确的定义,因为它不是一个分子,而可能是几种不同的复合物——CaOH(PO 43(羟基磷灰石,HAP, CaHPO 4・2H 2O(二水磷酸二钙,DCPD,Ca 3(PO 42(磷酸三钙,TCP和Ca 4H(PO 43・2.5H 2O(磷酸八钙,
OCP等含有不同量结晶水的水合复合物[7]。这些不同形态的磷酸钙的Ca/P摩尔比在1.0~1.7之间,并且它们的溶解度和结晶度也不同。其中,DCPD 是最容易沉淀 的,而HAP 是沉淀最稳定的。当溶液呈碱性,存在 Ca 2+和PO 43-,且离子浓度积大于溶度积平衡常数Ksp而处于过饱和状态时,会发生沉淀反应生成磷酸钙盐。在含磷废水中,磷酸根在Ca 2+和OH -加入的同时,由于pH 值的升高,可产生不同的化合物沉淀。一般是先形成DCPD,而后形成较稳定的HAP。其化学反应为:
2Ca 2++HPO 42-+4OH -→Ca 2HPO 4(OH2+2OH - (12Ca 2HPO 4(OH2+Ca 2++HPO 42-→Ca 5OH(PO 43↓+3H 2O (2总反应式为:
5Ca 2++3HPO 42-+4OH -→Ca 5OH(PO 43↓+3H 2O (3总反应的平衡常数Ksp=10-55.9
磷酸钙的溶解度随pH值的增高而降低,因而升高溶液的pH值会促进磷酸钙的结晶沉淀。溶液中Ca 2+浓度及Ca 2+(Ca
与PO 43- (P的比率也会影响磷的回收率。此外,以磷酸钙的 形式回收磷还与结晶反应速率、水力停留时间、水温相关。因此pH 值、Ca/P 比率、水温、水力停留时间等是进行磷回收的重要参数。
2 材料和方法 2.1 实验原水 实验原水取自长沙市某污水处理厂。该厂采用A/O工艺,厌氧段末端上清液中溶解性磷含量较高,适于回收磷,其水质情况见下表:2.2 实验方法
试验前将原水沉淀30分钟,使其SS降至100mg/L左右,以沉淀后的原水作为实验水样。分析原水中溶解性磷和钙离子等的含量,并依此计算出所需投加的药剂量。由式(3可
文章编号:1673-1212(200604-0110-03 收稿日期: 2006-02-09 基金项目: 国家自然科学基金项目(项目编号:50478054、国家科技合作重点项目(项目编号:2004DFA06200作者简介:陈瑶(1982-,女,在读硕士研究生,主要从事水污染控制方面的研究。
ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT 以磷酸钙盐的形式从污水处理厂回收磷的研究 陈瑶1,李小明2,曾光明3,杨麒4,张杰5 (1.2.3.4.5 湖南大学 环境科学与工程学院,湖南 长沙 410082 摘 要: 磷是一种不可再生、难以替代的有限自然资源。磷的可持续利用问题越来越受到世界各国学者与政府的高度重视。近年来,从污水厂回收磷在世界各国逐渐兴起,而我国在这方面的研究还处于起步阶段,尤其是以磷酸钙盐的形式回收磷的相关研究还未见报道。以磷酸钙盐形式回收废水中的磷,优化磷回收过程相关工艺控制条件。结果表明,pH值和Ca 2+浓度是磷酸钙盐回收的关键因素,最优值分别为10和6.68,磷回收率达到90%。关键词: 磷酸钙; 磷回收; 污水厂
中图分类号: X703.5 文献标识码: A
2006年7月 July.2006 ・111・ 知,形成HAP 的Ca 2+(Ca与PO 43-(P的摩尔比为1.67,而原水中Ca/P 比约为3.45(表1,满足HAP 的形成需要。但是,在考察不同Ca/P比对磷酸钙盐形成的影响时,需添加Ca 2+与PO 43-以获得不同的Ca/P比。本实验以Ca(OH2和Na 2HPO 4为外加钙源和磷源。
每次试验取500ml水样,为避免水样中CO 32-对磷酸钙盐沉淀及回收磷的影响,根据Y.Song报道的方法[8],先在水样中加入浓度为96%的盐酸调节pH 值至3以释放出CO 2,然后用磁力搅拌器进行搅拌的同时滴加NaOH溶液(1mol/L,使水样中的溶解性磷以磷酸钙盐的形式沉淀。当需添加钙源和磷源时,则在滴加NaOH 溶液前加入。2.3 测定方法
本实验中,温度和pH值分别温度计和pH计测定,CODCr 以重铬酸钾回流法测定,PO 43-采用钼锑抗分光光度法测定,钙、镁离子采用络合滴定法测定。
3 结果与讨论 3.1 反应时间的影响 当水样pH 值升至10左右,水样温度为20℃左右时,污水中的Ca 2+与PO 43-及OH -达到过饱和,处于不稳定状态,由此可形成共聚沉淀,且上清液澄清(图1。在反应时间小于30分钟的情况下,水样中溶解性磷浓度即达到平衡,磷的回收率可达85%以上。因此,在后续实验中取30分钟作为反应时间。
图 1 水样中溶解性磷浓度及回收率与反应时间的关系3.2 pH值的影响
pH条件决定了磷酸钙的溶解度及其组分离子的活度,而只有当磷酸钙沉淀所需的各种离子的活度积超过相应的溶度积,溶液达到过饱和,沉淀才能发生。
原水样的pH值为7.3,反应时间控制为30分钟。当滴加氢氧化钠溶液提高水样的pH值时,磷酸钙在水中的溶解度随pH的增大而急剧下降,水样过饱和度增加,推动反应向右进行,溶液中溶解性磷和钙离子的浓度逐渐降低,最终达到平 衡。这点由图2也可看出,当pH 升高时,磷的回收率曲线呈显著的上升趋势。pH 值为9.5时,回收率曲线变化开始趋于平缓,沉淀反应逐渐达到平衡状态,此时磷回收率达到80%以上。明显可知,提高溶液pH值有利于形成磷酸钙沉淀,有利于磷的回收,但是过高的pH会造成投药量的增加,且对提高磷回收率的影响不大,因此选择10为最佳pH 值。
图 2 水样中溶解性磷浓度及回收率与pH值的关系 3.3 Ca 2+浓度——Ca/P 比的影响 形成磷酸钙的前提是组分离子的活度积超过磷酸钙平衡时的活度积。只要其中一种离子浓度较高,就容易达到过饱和状态而发生沉淀。因此,添加钙剂以提高Ca 2+浓度对磷酸钙的沉淀尤为重要。
水样中溶解性磷浓度为0.4mmol/L,Ca 2+浓度为1.38mol/L,Ca/P=3.45。实验通过添加Na 2HPO 4和Ca(OH2使水样中Ca/P 比为1.67N (N=1-5,以此考察Ca 2+浓度对磷回收的影响。由图3(a可以看出,在同一pH 条件下(pH=10,随着溶液Ca/P比的提高,即Ca(OH2投加量的增加,磷的回收率逐渐增加。Ca/P 比为6.68时,磷的回收率可达到90%以上,但之后增幅趋缓,说明其对回收率的影响已变得较小。从图3(b也可发现,当溶液初始Ca/P 比为1.67,pH 为10.5时,磷的回收率达到80%。而要达到同样的磷回收率,Ca/P比为3.34时,pH 只需调至9.5,Ca/P 比为6.68时,pH 只需调至8。这是因为,反应初始Ca 2+浓度的增加使沉淀系统的过饱和度也随之增加,沉淀的热力学驱动力变得较大,从而加速推动反应的进
行。所以较高的Ca/P比有利于磷酸钙盐的形成。3.4 水温的影响 因为磷酸钙的活度积以及沉淀反应平衡常数均受温度的影响[9],所以根据污水厂四季运行中厌氧段上清液的大概温度变化范围(5-30℃,在pH 值为10的条件下,考察水样温度变化对磷回收的影响(图4。磷酸钙的活度积随温度的升高而增加,有利于沉淀反应的进行,因而磷回收率也随温度的升高而增加。但由图4可发现磷回收率增幅较小,所以温度对磷酸钙盐的形成及磷回收率的影响并不大。在实际运用 陈瑶等・以磷酸钙盐的形式从污水处理厂回收磷的研究 表 1 厌氧段上清液的水质情况 参数 PO 43- Ca 2+ Mg 2+ COD SS pH 温度 mmol/L mmol/L mmol/L mg/L mg/L ℃
厌氧段上清液 0.35~0.46 1.38 0.42 133 2631 7.3 22
2006年7月 July.2006