最优pH下高纯度鸟粪石回收反应加速方法比较研究

作为回收/去除污水中磷的方法，鸟粪石沉淀备受关注。对鸟粪石沉淀物实施化学剖析法进行元素分析后定量得出，高纯度鸟粪石形成的最优pH范围在7.0-7.5之间，并非国际上仅靠XRD所确定的强碱性范围（pH=9.0-10.7）。较低pH下固然可以获得高纯度鸟粪石，但是，在此pH下生成鸟粪石的速度十分缓慢，以至于限制了它的工程应用。因此，低pH下加快鸟粪石生成反应速度目前已成为从污水中回收鸟粪石沉淀物工程应用时亟待解决的技术问题。本课题拟通过"增加体系热力学驱动力"、"电化学沉积促进作用"和"沉淀载体强化作用"等方式加速鸟粪石在低pH下的生成速度。同时，课题还将就预先去除影响鸟粪石沉淀干扰离子的问题进行实验研究。课题研究的最终目的是为了从所研究的几种可能的有效方法中筛选出适合于工程应用的鸟粪石生成反应加速方法，从而使从污水中回收磷技术提升到一个较高层次。

作为回收/去除污水中磷的有效方法，鸟粪石沉淀备受关注。对鸟粪石沉淀物实施化学剖析并进行元素分析后定量得出，高纯度鸟粪石形成的最优pH范围在7.0～7.5之间，并非国际上仅靠XRD所确定的强碱性范围（pH=9.0-10.7）。较低pH（≤7.5）下固然可以获得高纯度鸟粪石，但是，在此pH下鸟粪石的生成速度十分缓慢，以至于限制了鸟粪石沉淀在实际工程中的应用。因此，低pH下加快鸟粪石生成反应速度目前已成为从污水中回收鸟粪石沉淀物工程应用时亟待解决的技术问题。本课题通过“增加体系热力学驱动力”、“电化学沉积”和“晶种技术”等方式对加速鸟粪石在低pH下的生成速度进行了系统研究。. 实验表明，通过引入适量Na+、K+来增加体系热力学驱动力，可以加速鸟粪石的形成。如果溶液中存在适量K+（195 mg/L），可以显著提高反应热力学驱动力，使鸟粪石生成反应加速。但若K+过量（>273 mg/L），反应加速效应便即刻消失。当pH较高（＞7.5）时，溶液中K+存在对鸟粪石生成速率并无显著影响，相反，这种条件会诱导钾鸟粪石生成。. 电化学沉积法也可明显促进鸟粪石的形成。电极通电后，阳极处会对水进行电解而缓慢释放出OH-，这样可以适当提高或维持反应体系中的pH，从而提高鸟粪石的形成速度，使鸟粪石反应沉淀时间从pH为中性/弱碱性时（自然状态）下的几个月一下缩短至20分钟。. 使用沉淀载体（微砂、PAM、鸟粪石等）对构晶粒子进行局部富集，从而可以促进鸟粪石的形成，且获得的鸟粪石颗粒粒径更大，有利于收集。. 与此同时，课题还就鸟粪石在石灰性土壤中的迁移转化规律以及肥效特性进行了系统研究。实验结果表明，鸟粪石的肥效具有长期性，并在石灰性土壤中鸟粪石中的磷有向磷库转化的趋势。鸟粪石施入土壤后，二钙磷的含量呈几十倍地增加，转化为有效磷的数量十分可观（高达125 mg/kg），能长期为农作物生长提供持续性磷源，满足植物长期生长需求。鸟粪石在石灰型土壤中迁移转化倾向优于商品磷肥。由于鸟粪石的缓释性，使其在土壤中更有利于向磷库形式转化,而商品磷肥则倾向于以可溶形态流失。