化学沉淀法处理磷酸氢钙母液的研究

论文摘要

本文运用化学沉淀法处理磷酸氢钙母液，研究了母液HAP（羟基磷酸钙）法处理和MAP（磷酸铵镁）法处理的最优反应条件及最优条件下所得产物成分，通过对比分析得出了母液处理的最优方法，并进一步探讨了母液的二次处理方法，结果表明：在母液的HAP法处理单因素试验中，随着pH值的增加，PO43-去除率不断增加，Ca2+残留浓度急剧升高，Mg2+残留浓度不断减少；随着温度增加，PO43-残留浓度不断减少，Ca2+残留浓度不断升高，Mg2+残留浓度不断降低，温度增加有利于PO43-的去除；随着反应时间的增加，PO43-、Ca2+、Mg2+残留浓度和去除率变化不大，反应时间对处理效果的影响不明显。在母液的MAP法处理单因素试验中，随着pH值的升高，PO43-和NH4+-N的残留浓度先下降后上升，PO43-在pH=9-10左右达到最低值，去除率在90％以上，Ca2+和Mg2+残留浓度随pH增加不断下降；随着n(Mg2+)：n(PO43-)比值的升高，PO43-残留浓度先迅速减小后趋于平缓，NH4+-N残留浓度先下降后上升，Ca2+浓度缓慢降低，Mg2+残留浓度迅速升高，说明Mg2+适度过量有利于PO43-的去除，但过量过多反而不利于磷酸铵镁的产生，也导致了Mg2+残留浓度的增加；随着n（NH4+）：n(PO43-)比值的升高，PO43-、Mg2+残留浓度逐渐降低，NH4+-N、Ca2+残留浓度逐渐增加，NH4+相对PO43-过量有利于MAP的生成，但过多的NH4+也造成了处理液中NH4+-N残留浓度的增加；随着时间的增加，在反应5min以内，PO43-、NH4+-N、Mg2+残留浓度迅速降低，Ca2+残留浓度迅速升高。随着时间继续增加，反应时间对处理效果的影响不明显；随着反应温度的升高，当温度从10℃上升到40℃，温度对PO43-、NH4+-N、Mg2+残留浓度的影响不明显，Ca2+残留浓度迅速下降。随着温度进一步上升，PO43-、NH4+-N残留浓度迅速提高，Mg2+残留浓度迅速下降，Ca2+变化不明显。说明温度升高不利于磷酸铵镁的生成。若母液中Mg2+相对PO43-过量过多，当n(Mg2+)：n(PO43-)比值大于1．2，随着pH升高，可能形成其他Mg2+沉淀，不利于磷酸铵镁的产生，要以MAP形式回收磷，需同时补充PO43-和NH4+-N；影响母液PO43-处理效果的最显著因素是n(Mg2+)：n(PO43-)，其次是反应温度，然后是n(Mg2+)：n（NH4+）、反应时间和pH值。使PO43-去除率最高的反应条件为：pH值为9，n(Mg2+)：n(PO43-)为1．3：1，n(Mg2+)：n（NH4+）为0．9：1，反应温度是25℃，反应时间为30min。使NH4+-N残留浓度达到最低的反应条件为：pH值为9，n(Mg2+)：n(PO43-)为1：1，n(Mg2+)：n（NH4+）为1．2：1，反应温度是25℃，反应时间为30min。母液在MAP法最优条件下处理所得的沉淀产物中主要组分为磷酸铵镁。MAP法为磷酸氢钙母液处理的最佳方法，其最优工艺条件为：pH为9～9．5，n(Mg2+)：n(PO43-)=1．2：1，n（NH4+）：n(PO43-)=1：1，反应时间为10min，反应温度为40℃。该条件下PO43-、Ca2+、Mg2+去除率可分别达到95％、95％、85％以上。沸石吸附可将母液中PO43-、NH4+-N、Ca2+、Mg2+去除率进一步提高到98％以上，可作为母液二次处理的最优方法。MAP法处理磷酸氢钙母液，不仅大大降低母液PO43-、Ca2+、Mg2+残留浓度，利于母液在生产工艺中的循环利用，防止母液外排将造成的水体污染，同时也得到主要产物磷酸铵镁，可作为缓释复合肥而带来一定经济效益，从经济上弥补母液处理成本。总体说来，用MAP法处理磷酸氢钙母液在环境效益和经济效益上是可行的，特别是对未进入沉淀池的高浓度离心母液（如1#母液）进行MAP法处理，所得经济效益更为可观，在实际处理工艺设计中，可考虑将母液MAP法反应装置置于离心装置之后，沉淀池之前。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 前言
• 1.1.1 国内外磷资源现状
• 1.1.2 磷污染及水体富营养化
• 1.2 废水除磷的主要方法
• 1.2.1 物理化学法
• 1.2.2 生物除磷法
• 1.2.3 其他除磷方法
• 1.3 研究目的和意义
• 2 材料与方法
• 2.1 供试材料
• 2.2 试验装置及仪器
• 2.3 试验设计
• 2.3.1 HAP法试验
• 2.3.2 MAP法试验
• 2.3.3 加磷处理的MAP法试验
• 2.3.4 产物组分分析
• 2.3.5 二次处理试验
• 2.4 试验测定方法
• 3 结果与分析
• 3.1 HAP法试验
• 3.1.1 单因素影响试验
• 3.1.2 NaOH二次处理
• 3.2 MAP法试验
• 3.2.1 单因素影响试验
• 3.2.2 正交试验
• 3.3 加磷处理的MAP法试验
• 3.3.1 单因素影响试验
• 3.3.2 正交试验
• 3.4 产物组分分析
• 3.4.1 营养成分分析
• 3.4.2 扫描电镜分析
• 3.4.3 X-衍射物相分析
• 3.5 最佳方法及其工艺条件确定
• 3.6 二次处理研究
• 3.6.1 NaOH
• 3.6.2 二次投药
• 3.6.3 沸石
• 3.6.4 最优二次处理方法比选
• 3.7 磷酸氢钙母液处理评价
• 3.7.1 环境评价
• 3.7.2 经济评价
• 4 结论及展望
• 4.1 结论
• 4.1.1 HAP法处理磷酸氢钙母液
• 4.1.2 MAP法处理磷酸氢钙母液
• 4.1.3 产物组分分析及最优方法比选
• 4.1.4 二次处理研究
• 4.1.5 处理评价
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文