鳥糞石沉澱法回收廢水中氮磷時測定沉澱物組成的方法
2023-05-01 09:04:16
專利名稱：鳥糞石沉澱法回收廢水中氮磷時測定沉澱物組成的方法
技術領域：
本發明屬於水汙染控制與資源再生領域，是利用鳥糞石沉澱法回收廢水中氮磷時測定沉澱物組成的方法。
背景技術：
廢水中大量氮磷的存在是水體富營養化的主要原因之一，對水環境質量造成嚴重的負面影響，已成為當前重大的環境問題之一。氮磷是所有生命形式不可缺少的營養元素， 也是重要的化工原料，特別是自然界中磷礦石資源的有限性，使得實現磷資源的循環利用十分必要。鳥糞石(MgNH4PO4 · 6H20)沉澱法是將Mg2+加入到含有磷酸鹽和氨氮的汙水中， 反應生成難溶的鳥糞石沉澱。鳥糞石沉澱法不僅可以同時去除和回收氮、磷從而降低廢水中的氮磷負荷，而且回收到的鳥糞石是一種高效的緩釋肥，可以在農業上再次利用。一般說來，廢水中除含有氮磷營養元素外，還含有Ca2+、Mg2+、C032_和S042_等多種離子。這些離子在氮磷回收時可能生成如磷酸鈣、磷酸鎂、碳酸鎂、碳酸鈣、硫酸鈣等多種形式的沉澱物，會降低所回收的鳥糞石純度，降低其農用肥效品質，影響其市場化應用的前景。 現有的文獻中，利用X射線衍射法來定性分析廢水氮磷回收所得沉澱物中的鳥糞石，其方法是比對鳥糞石標準譜圖中特徵峰的位置和強度來定性判斷沉澱物中是否有鳥糞石存在。 還有文獻通過測定沉澱物中NH/-N濃度來計算沉澱物中鳥糞石的含量。但是廢水成分非常複雜，在鳥糞石形成條件下，同樣會有複雜且不確定的沉澱物生成。如何定量判斷利用鳥糞石法回收氮磷時沉澱物中各種組成和形態，是評估回收鳥糞石品質的前提。前述兩種方法均不能準確判定其他可能存在的組分及其含量。到目前為止亦沒有文獻提出能夠精確計算沉澱物中鳥糞石及其他可能組分含量的方法。
發明內容
本發明目的在於提供一種利用鳥糞石沉澱法回收廢水中氮磷時測定沉澱物組成的方法。所述方法為應用鳥糞石沉澱法對廢水中的氮磷進行回收，所得沉澱固體在30 45°C條件下乾燥2 12h ；取部分固體樣品，用傅立葉紅外光譜儀定性分析樣品中可能存在的特徵官能團，判斷磷酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽等無機鹽是否存在，再用X射線衍射儀測試固體樣品中可能存在的晶體物質；然後取部分固體樣品，用酸溶解、定容，測定溶液中的N、P、 Mg、Ca等元素含量，計算各種元素的摩爾含量和摩爾比；通過分析以上測試結果即可確定沉澱物中存在的組分及其含量。本發明是在大量的試驗測試及文獻調研分析上得出的，具體原理包括以下幾點(1)雖然廢水水質複雜，Mg2+、Ca2+、NH4\ P043_與C032_、S042—等各種離子同時並存， 但大量的試驗表明，在鳥糞石沉澱法這一反應體系中，沒有任何形式的碳酸鹽與硫酸鹽沉澱化合物形成。因此，通過傅立葉紅外光譜儀可判定沉澱物中是否有磷酸鹽存在。(2)當Mg2+、NH4+與P043_共存時，在鹼性條件下可能生成的沉澱物包括鳥糞石
3(MgNH3PO4 · 6H20)、MgHPO4 · 3H20、Mg3 (PO4) 2 · 8H20、Mg3 (PO4) 2 · 22H20 和 Mg (OH) 2，其中鳥糞石沉澱發生在pH8 11，MgHPO4 · 3H20沉澱發生在pH小於6，Mg (OH) 2在pHl 1時開始沉澱，而 Mg3(PO4)2 · SH2O與Mg3(PO4)2 · 22H20沉澱反應由於受動力學因素影響須經數天才發生；當 Ca2+ 存在時，可能會有 CaHPO4 · 2H20、Ca8 (HPO4)2(PO4)4 · 5H20、CaHPO4 和 Ca3 (PO4)2 · χΗ20 出現，其中 Ca8 (HPO4) 2 (PO4) 4 ·5Η20 在 ρΗ5 6 時沉澱，CaHPO4 ·2Η20 和 CaHPO4 在 ρΗ7 左右時發生沉澱，而Ca3(PO4)2 · XH2O(χ彡2)在pH8. 0時開始沉澱。大量研究表明，廢水氮磷回收時鳥糞石反應體系PH值應控制在8. 0-10. 0，此時沉澱物僅可能含有鳥糞石(MgNH3PO4 · 6Η20) 和無定型磷酸鈣(Ca3(PO4)2· XH2O)。因此，通過X射線衍射儀可判定沉澱物中是否有鳥糞石晶體存在。(3)用酸溶解沉澱物，測定溶液中的N、P、Mg、Ca等元素含量，通過計算N和Ca的摩爾量即可明確鳥糞石(MgNH3PO4 · 6Η20)和無定型磷酸鈣(Ca3(P04)2*xH20)在沉澱物中各自的含量。本發明所提供的利用鳥糞石沉澱法回收廢水中氮磷時測定沉澱物組成的方法，為測定沉澱物組分含量提供了有效的測定方法和步驟，能夠填補廢水氮磷回收時如何定量分析沉澱物各組分含量的研究空白，通過準確測定目標沉澱物中各組分含量，可以為評價所回收的鳥糞石品質提供可靠依據。
具體實施例方式實施例1:取冊4+、卩043\50:、0)32\]\%2+和032+濃度分別為40011^/1、10011^/1、8011^/1、10011^/ L、40mg/L和80mg/L，初始pH值為7. 5的畜禽養殖廢水，調整pH值至8. 0，充分攪拌，然後加入一定濃度的MgCl2，控制N P Mg為8. 8 1 (1. 0 4. 0)，再滴加NaOH溶液，控制反應PH值8. 0和反應時間30min，靜置60min，倒去上清液，然後將沉澱物在30 45°C 條件下乾燥1 12h。取部分固體樣品，用傅立葉紅外光譜儀和X射線衍射儀分析固體中的特徵官能團和晶體形態，再取部分固體樣品，用硝酸溶解，測定溶液中的N、P、Mg、Ca等元素含量，計算各種元素的摩爾含量和摩爾比。結果表明，沉澱物中含鳥糞石3. 15mol/kg，含 Ca3 (PO4) 2 · XH2O 0. 53mol/kg。實施例2:取冊4+、卩043\50:、0)32\]\%2+和032+濃度分別為40011^/1、10011^/1、8011^/1、10011^/ L、40mg/L和80mg/L，初始pH值為7. 5的畜禽養殖廢水，調整pH值至8. 5，充分攪拌，然後加入一定濃度的MgCl2，控制N P Mg為8. 8 1 (1. 0 4. 0)，再滴加NaOH溶液，控制反應PH值8. 0和反應時間30min，靜置60min，倒去上清液，然後將沉澱物在30 45°C 條件下乾燥1 12h。取部分固體樣品，用傅立葉紅外光譜儀和X射線衍射儀分析固體中的特徵官能團和晶體形態，再取部分固體樣品，用硝酸溶解，測定溶液中的N、P、Mg、Ca等元素含量，計算各種元素的摩爾含量和摩爾比。結果表明，沉澱物中含鳥糞石3. 12mol/kg，含 Ca3 (PO4) 2 · XH2O 0. 54mol/kg。實施例3:取冊4+、卩043\50:、0)32\]\%2+和032+濃度分別為40011^/1、10011^/1、8011^/1、10011^/ L、40mg/L和80mg/L，初始pH值為7. 5的畜禽養殖廢水，調整pH值至9. 0，充分攪拌，然後加入一定濃度的MgCl2，控制N P Mg為8. 8 1 (1. 0 4. 0)，再滴加NaOH溶液，控制反應PH值8. 0和反應時間30min，靜置60min，倒去上清液，然後將沉澱物在30 45°C 條件下乾燥1 12h。取部分固體樣品，用傅立葉紅外光譜儀和X射線衍射儀分析固體中的特徵官能團和晶體形態，再取部分固體樣品，用硝酸溶解，測定溶液中的N、P、Mg、Ca等元素含量，計算各種元素的摩爾含量和摩爾比。結果表明，沉澱物中含鳥糞石2. 93mol/kg，含 Ca3 (PO4) 2 · XH2O 0. 70mol/kg。實施例4:取冊4+、卩043\50:、0)32\]\%2+和0&2+濃度分別為40011^/1、10011^/1、8011^/1、10011^/ L、40mg/L和80mg/L，初始pH值為7. 5的畜禽養殖廢水，調整pH值至9. 5，充分攪拌，然後加入一定濃度的MgCl2，控制N P Mg為8. 8 1 (1. 0 4. 0)，再滴加NaOH溶液，控制反應PH值8. 0和反應時間30min，靜置60min，倒去上清液，然後將沉澱物在30 45°C 條件下乾燥1 12h。取部分固體樣品，用傅立葉紅外光譜儀和X射線衍射儀分析固體中的特徵官能團和晶體形態，再取部分固體樣品，用硝酸溶解，測定溶液中的N、P、Mg、Ca等元素含量，計算各種元素的摩爾含量和摩爾比。結果表明，沉澱物中含鳥糞石2. 61mol/kg，含 Ca3 (PO4) 2 · XH2O 1. 35mol/kg。
權利要求
1.一種在利用鳥糞石沉澱法回收廢水中氮磷時測定沉澱物組成的方法，其特徵在於所述方法步驟為應用鳥糞石沉澱法對廢水中的氮磷進行回收，所得沉澱物在一定條件下進行乾燥，用傅立葉紅外光譜儀和X射線衍射儀分析固體中的特徵官能團和晶體形態；然後用酸溶解固體，測定溶液中的N、P、Mg、Ca等元素含量，計算各種元素的摩爾含量和摩爾比； 通過分析上述測試結果即可確定沉澱物中存在的組分及其含量。
2.根據權利要求1所述的一種在利用鳥糞石沉澱法回收廢水中氮磷時測定沉澱物組成的方法，其特徵在於所述鳥糞石沉澱法所需的反應PH值為8. 0 10. 0。
3.根據權利要求1所述的一種在利用鳥糞石沉澱法回收廢水中氮磷時測定沉澱物組成的方法，其特徵在於所述沉澱物乾燥條件為溫度30 45°C，乾燥時間2 12h。
4.根據權利要求1所述的一種在利用鳥糞石沉澱法回收廢水中氮磷時測定沉澱物組成的方法，其特徵在於所述的酸可以是鹽酸、硝酸和硫酸等強酸。
5.根據權利要求1所述的一種在利用鳥糞石沉澱法回收廢水中氮磷時測定沉澱物組成的方法，其特徵在於將紅外光譜儀、X射線衍射儀和酸解法組合起來分析沉澱物中的特徵官能團、晶體形態和各元素摩爾含量。
全文摘要
一種在利用鳥糞石沉澱法回收廢水中氮磷時測定沉澱物組成的方法，屬於水汙染控制與資源再生領域。本發明所述方法為應用鳥糞石沉澱法對廢水中的氮磷進行回收，所得沉澱固體用傅立葉紅外光譜儀和X射線衍射儀分析固體中的特徵官能團和晶體形態；用酸溶解固體，測定溶液中的N、P、Mg、Ca等元素含量，計算各種元素的摩爾含量和摩爾比；通過分析上述測試結果可得沉澱物中存在的組分及其含量。本發明能夠填補廢水氮磷回收時如何定量分析沉澱物各組分含量的研究空白，為評價所回收的鳥糞石品質提供可靠依據。
文檔編號G01N23/20GK102455285SQ201010526170
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月26日 優先權日2010年10月26日
發明者葉志隆, 王淑梅, 石建穩, 蘆敏, 陳少華, 鮑小丹 申請人:中國科學院城市環境研究所