活性滑石粉结晶鸟粪石从模拟养猪废水中回收磷的处理技术研究

作     者：李林隆 

作者单位：东莞理工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：黄海明;艾邵英

授予年度：2024年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：磷回收 活性滑石粉 镁源 鸟粪石结晶 模拟养猪废水 

摘      要：随着生猪养殖规模日益扩大,养猪废水中的高浓度磷酸盐对环境的影响日益严重。同时,磷矿石是一种不可再生资源,随着人类对磷肥的需求进一步扩大,为实现磷资源的可持续发展,将磷从养猪废水中回收受到广泛的关注。鸟粪石结晶法是目前从养猪废水中回收磷最有应用前景的方法之一。然而,使用化学药剂作为镁源和碱源结晶鸟粪石显著增加了该技术的应用成本。为降低鸟粪石结晶过程中化学试剂的成本,本文利用活性滑石粉（ATP）作为镁源和碱源结晶鸟粪石回收磷。主要研究内容如下: （1）通过机械活化法提高滑石粉的活性并考察了活性滑石粉（ATP）用于鸟粪石结晶的可行性。利用SEM、XRD、FTIR对活化滑石粉进行矿物学分析。结果表明机械活化破坏了滑石粉的晶体结构,提高了Mg和OH的反应活性,使其可以自发地释放到水溶液中,其释放量随着活化时间的增加而增加。同时,研究考察了接触时间、添加量、铵根浓度和pH等因素对ATP中Mg和OH释放的影响,以验证活性滑石粉释放镁和碱的性能。结果显示,ATP能快速溶解到水溶液中,镁离子浓度随着ATP的投加量增加而增大,铵根浓度的变化影响了溶液的pH进而影响了镁离子浓度。 （2）在掌握ATP释放镁性能基础上,开展了ATP-60（活化60分钟滑石粉）去除氮磷的实验和有机物的共存离子影响实验。并设计了利用ATP-60回收养猪废水中磷的循环处理连续流工艺。该工艺将ATP-60与回用的含氮废水（RNW）搅拌,所得上清液在模拟养猪废水中促使磷酸根结晶为鸟粪石,并探究了ATP-60添加量、镁磷比和pH对该工艺磷回收的影响。利用以上影响因素得出最佳工艺参数并对该工艺进行20小时连续运行实验。结果显示,该工艺可以稳定回收磷（去除率93%）。综合利用SEM-EDS、XRD、FTIR对回收沉淀物进行矿物学分析,回收的沉淀物中鸟粪石纯度大于97%且结晶良好。最后利用XRF分析滑石粉的成分构成,并计算了ATP作为镁源的物料成本。 （3）为了将ATP-60用于K-鸟粪石结晶体系,对比了KOH和NaOH调节溶液pH回收磷酸盐为K-鸟粪石的去除效率,结果显示KOH作为碱调节剂去除磷酸盐的效率高达98.7%。将两种碱试剂生成的沉淀产物进行SEM、XRD、FTIR表征分析。结果显示,KOH作为碱调节剂能生成磷酸钾镁（K-鸟粪石）。K-鸟粪石的最佳反应pH区间为9.5-11。而NaOH作为碱调节剂不能生成K-鸟粪石,其沉淀物为磷酸镁盐。在以KOH作为碱调节剂的基础上,使用ATP-60对磷酸盐进行了去除效率实验。结果显示,当ATP-60投加量为10 g/L,溶液初始pH为11.5时磷酸盐的去除效率为32.2%。这显示ATP-60作为K-鸟粪石结晶体系中的镁源和碱源是可行的。