養(yǎng)豬廢水中氮磷回收關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人民生活水平的逐步提高，人們對畜禽產(chǎn)品的需求量迅速增加，從而推動了畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，由此引發(fā)的食品安全及環(huán)境污染問題越來越受到重視。畜禽養(yǎng)殖廢水中含有大量的氮磷元素，若直接排放會造成水體污染，引發(fā)水體富營養(yǎng)化。與此同時，人類正面臨磷資源短缺危機(jī)。因此，探討去除并回收畜禽養(yǎng)殖廢水中的氮磷元素意義重大。本文以養(yǎng)豬廢水為研究對象，用鳥糞石沉淀法對養(yǎng)豬廢水中的氮磷進(jìn)行回收。采用激光共聚焦顯微鏡、掃描電子顯微鏡（S

2、EM）、能譜分析（EDS）、傅里葉紅外光譜儀（FTIR）和 X射線衍射儀（XRD）等儀器設(shè)備及物料衡算方法對沉淀物的顆粒形態(tài)及組分進(jìn)行分析；用激光粒度儀及Zeta電位儀對沉淀物顆粒大小及凝聚性進(jìn)行檢測。探討了不同條件下各參數(shù)變化對氮磷去除率及沉淀物組分及顆粒物形態(tài)的影響。主要研究結(jié)果如下：
　　（1）在實(shí)際養(yǎng)豬廢水中回收磷時，pH為9.0~11.0，磷的去除率穩(wěn)定在94％左右，得到的沉淀物組分有鳥糞石(MgNH4PO4·6H2O)

3、、鉀型鳥糞石(MgKPO4·6H2O)、Ca3(PO4)2·xH2O、Mg(OH)2，不含有硫酸鹽和碳酸鹽。當(dāng)pH為8.0~9.0，沉淀物組分主要為鳥糞石。pH在9.0~10.0范圍，鳥糞石含量降低，鉀型鳥糞石、Ca3(PO4)2·xH2O呈逐漸增加趨勢。pH由10.0升高到12.0時，鳥糞石含量急劇下降，Ca3(PO4)2·xH2O和Mg(OH)2在沉淀物中的含量則快速增加，而鉀型鳥糞石含量快速增加并在pH11.0達(dá)到最大后急劇下降。

4、pH8.0時，鳥糞石含量為77.2%，隨著pH的升高鳥糞石含量逐漸降低。pH為12.0時，鳥糞石含量接近于0。因此，要獲得較高純度的鳥糞石產(chǎn)品，pH值應(yīng)控制在8.0~9.0。
　?。?）在模擬養(yǎng)豬廢水中研究Ca存在條件下pH、Mg/P質(zhì)量比、Ca/P質(zhì)量比對鳥糞石形成的影響。pH8.5~11.0，P的去除率穩(wěn)定在94.9%以上。當(dāng)pH為8.0~10.0，生成的鳥糞石不斷增加，同時生成磷酸鈣。pH在10.0~11.5時，鳥糞石的生成

5、逐漸減少，磷酸鈣含量不斷上升，Mg開始以Mg(OH)2進(jìn)行沉淀。pH從11.5上升到12.0時，鳥糞石含量急劇下降，N主要生成 NH3，磷酸鈣和 Mg(OH)2繼續(xù)增多，直至 pH12.0，沉淀物為磷酸鈣和Mg(OH)2的混合物。在形態(tài)影響方面，當(dāng)pH為8.0~9.0，鳥糞石顆粒呈現(xiàn)較規(guī)則的晶體構(gòu)型，短小而粗大。當(dāng)pH為9.5~11.0，鳥糞石晶體顆粒變得細(xì)長，呈針狀。pH>11.0時，沉淀物中無定形組分越來越多，其主要存在形式為磷酸鈣

6、和 Mg(OH)2。pH8.5，Mg/P比為0.1~2.0時，隨著 Mg濃度的提高，沉淀物中鳥糞石含量增加，磷酸鈣含量則逐漸減少。Mg/P>2.0時，過多的鎂劑投加量并不能增加鳥糞石的生成。當(dāng) pH為9.5，隨著反應(yīng)液中Mg含量的增加，與pH8.5有相同的沉淀物含量變化趨勢。當(dāng)Ca/P質(zhì)量比為0.1~1.0，pH8.5條件下，鳥糞石含量增加，說明溶液中Ca濃度較低時有利于鳥糞石晶體的生成。當(dāng)Ca/P質(zhì)量比為1.0~4.0時，在pH8.5

7、和9.5條件下，生成鳥糞石的量急劇下降，過多的Ca含量抑制了鳥糞石晶體的生成。
　?。?）在模擬養(yǎng)豬廢水中研究Ca對鳥糞石顆粒形態(tài)及大小的影響。在不同的飽和狀態(tài)下，Ca濃度變化對沉淀物顆粒粒度影響較大。亞穩(wěn)態(tài)下，生成的沉淀物粒度隨時間的增加而增大；不穩(wěn)態(tài)下，沉淀物顆粒粒度隨著時間的延長不斷減小，最后趨于平穩(wěn)。亞穩(wěn)態(tài)下加入0.01 mmol/L的Ca和加入0.4 g/L的石英砂得到的體積中間值粒徑d0.5分別達(dá)到60.94μm和61

8、.39μm，不穩(wěn)態(tài)下分別為13.31μm和15.85μm，比亞穩(wěn)態(tài)下生成的顆粒粒度小。亞穩(wěn)態(tài)下，Ca濃度為0.01~0.50 mmol/L時，沉淀物顆粒粒度隨著Ca濃度的增加不斷減小， Ca>0.50 mmol/L時，由于凝聚效果沉淀物顆粒粒度隨著Ca濃度的上升有所增大。而不穩(wěn)態(tài)下則凝聚效果較差，顆粒無增大趨勢。在亞穩(wěn)態(tài)和不穩(wěn)態(tài)晶體的生長方式存在顯著差別。在亞穩(wěn)態(tài)，生成的鳥糞石晶體為單晶，且晶體較粗壯，團(tuán)簇在一塊生長。在不穩(wěn)態(tài)，晶體呈多

9、晶生長，呈現(xiàn)X-型分支或神經(jīng)樹突形狀，且單個晶粒彼此獨(dú)立，無明顯團(tuán)簇現(xiàn)象。在形態(tài)方面，亞穩(wěn)態(tài)下，Ca濃度為0.01~0.50 mmol/L時，鳥糞石晶體表面光滑，呈現(xiàn)棱柱狀。隨著Ca濃度升高，晶體表面附著有細(xì)小顆粒的磷酸鈣，當(dāng)Ca濃度上升為3.00 mmol/L時，磷酸鈣在鳥糞石表面大量聚集，溶液中過高的 Ca濃度阻礙了鳥糞石的形成。不穩(wěn)態(tài)下，生成的鳥糞石晶體為針狀，晶體表面細(xì)小顆粒物的變化情況與亞穩(wěn)態(tài)時相似。
　?。?）通過反應(yīng)