磷酸鈣沉淀法去除豬場廢水中磷的實(shí)驗(yàn)研究
摘要：以模擬豬場廢水為處理對(duì)象，進(jìn)行了磷酸鈣沉淀除磷小試實(shí)驗(yàn)，考察了pH值、不同初始n(Ca)/n(P)、CO2-3、Mg2+以及CO2-3和Mg2+共存對(duì)磷酸鈣沉淀反應(yīng)的影響；利用X射線衍射儀（XRD）對(duì)沉淀產(chǎn)物進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，在溶液pH=8.0和初始n(Ca)/n(P)=3.33時(shí)，延長反應(yīng)時(shí)間至360min后，P的去除率可達(dá)92.2%.較高的pH值和初始n(Ca)/n(P)有利于磷酸鈣沉淀反應(yīng)，但當(dāng)pH≥10，初始n(Ca)/n(P)≥3.33時(shí)，這2個(gè)因子對(duì)提高磷去除率的貢獻(xiàn)不明顯。當(dāng)pH=9.0時(shí)，CO2-3、Mg2+單獨(dú)存在對(duì)磷酸鈣沉淀反應(yīng)的影響很小，磷去除率均在94.1%左右；CO2-3通過與Ca2+生成CaCO3降低羥基磷酸鈣（HAP）沉淀產(chǎn)物的純度；Mg2+的存在使沉淀產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為無定形的磷酸鈣（ACP），對(duì)熱處理后的沉淀產(chǎn)物進(jìn)行XRD分析發(fā)現(xiàn)，Mg2+摻入到磷酸鈣結(jié)構(gòu)中，(Ca，Mg)3(PO4)2形成改變了沉淀產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。CO2-3和Mg2+共存時(shí)，控制CO2-3和Mg2+在一定范圍內(nèi)，提高溶液pH≥9.0，CO2-3和Mg2+的相互作用有利于磷酸鈣沉淀反應(yīng)。
關(guān)鍵詞：豬場廢水，磷酸鈣，沉淀反應(yīng)，磷去除，碳酸根，鎂離子
磷（P）是一種重要的礦產(chǎn)資源和化工原料，在其參與環(huán)境（包括巖石、土壤和水）、生物、人體循環(huán)的過程中，成為環(huán)境污染的一種重要成分。同時(shí)，磷資源不僅十分有限，而且在自然界中近乎單向流動(dòng)、難以再生。近年來，在歐洲、日本等地對(duì)磷的可持續(xù)利用高度重視，從污水和動(dòng)物糞便中去除和回收磷已成為熱門課題。目前，世界上污水中磷的回收總體上仍處于工藝和技術(shù)的研究開發(fā)階段，主要工藝為磷酸鈣（calciumphosphates，CP）沉淀法和磷酸銨鎂（magnesiumammoniumphosphate，MAP）結(jié)晶法。磷酸鈣沉淀工藝是回收磷的主要工藝，因?yàn)榱姿徕}是磷礦石的有效組分，從廢水中回收的磷酸鈣可以直接用作磷酸鹽工業(yè)的原料。
許多離子通過在新形成的磷酸鈣晶核表面生成復(fù)合物干擾晶體成核過程，抑制磷酸鈣沉淀反應(yīng)。抑制物包括諸如腐殖酸、鞣質(zhì)物、檸檬酸和醋酸等有機(jī)物，也包括廣泛存在于含P污水中的CO32-和Mg2+等無機(jī)離子。CO32-和Mg2+單獨(dú)存在時(shí)對(duì)磷酸鈣沉淀反應(yīng)的影響研究較多，但在不同pH值和初始n（Ca）/n(P)條件下兩者共存對(duì)磷酸鈣沉淀反應(yīng)的影響研究較少。
豬場廢水中磷的含量可高達(dá)近百mg·L-1，同時(shí)含有高濃度溶解態(tài)的CO32-和Mg2+。因此，為了系統(tǒng)了解溶液條件對(duì)磷酸鈣沉淀工藝的影響以優(yōu)化工藝，推動(dòng)豬場廢水磷回收的工程實(shí)踐，本研究利用模擬廢水研究磷酸鈣沉淀的2個(gè)控制因素——溶液pH值和n（Ca）/n(P)，2個(gè)潛在干擾因素——CO32-和Mg2+及其兩者共存對(duì)磷酸鈣沉淀反應(yīng)的影響，旨在為從豬場廢水等富含P的污水和廢水中去除和回收營養(yǎng)元素打下工藝基礎(chǔ)，為研究CO32-和Mg2+濃度對(duì)磷酸鈣沉淀反應(yīng)效率以及結(jié)晶產(chǎn)物形態(tài)的影響提供理論基礎(chǔ)。
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