鸟粪石沉淀法处理高浓度氮磷废水研究进展

随着节能低碳理念的深入发展,鸟粪石沉淀法因其较高的氮磷回收效率和相对低能耗的优势,近年来成为高浓度氮磷废水处理和资源化利用的热点方向之一。系统地对国内外鸟粪石沉淀法处理污水的相关文献进行了梳理,从新兴处理对象及方案、回收反应器构型开发、低成本镁源开发、高效结晶、晶体分离提纯等方面,总结了相关研究成果。此外,结合环境毒理性、处理成本、综合资源化利用等角度对鸟粪石沉淀法的发展前景和趋势进行预判,为相关研究提供参考。

鸟粪石基载镁生物炭对干湿交替灌溉水稻产量与品质的影响

鸟粪石(MgNH4PO_(4)·6H2O)普遍存在于镁改性生物炭对废水氮磷去除后的回收产物中,其可以作为缓释肥料使用。为探究鸟粪石基载镁生物炭(struvite-based magnesium modified biochar,MAP-BC)在农田中的应用效果以及对不同灌溉和施肥模式的适用性,该研究依托大田试验,以东研18号(粳稻)为供试材料,设置常规淹灌(ICF)、干湿交替(IAWD)2种灌溉模式,以及常规施肥(conventional fertilization,N_(1)B_(0))、常规施肥+5 t/hm^(2)MAP-BC(conventional fertilization+5 t/hm^(2)MAP-BC,N_(1)B_(1))、常规施肥+10 t/hm^(2)MAP-BC(conventional fertilization+10 t/hm^(2)MAP-BC,N_(1)B_(2))、减施氮磷肥25%+5 t/hm^(2)MAP-BC(25%less nitrogen and phosphate fertilizer+5 t/hm^(2)MAP-BC,N_(3/4)B_(1))和减施氮磷肥25%+10 t/hm^(2)MAP-BC(25%less nitrogen and phosphate fertilizer+10 t/hm^(2)MAP-BC,N_(3/4)B_(2))5种施肥模式。结果表明:与ICF相比,IAWD显著提高了乳熟期叶片叶绿素含量,并显著降低了2021年无效分蘖数(P<0.05);MAP-BC不仅能够高效弥补减施氮磷肥对水稻叶绿素含量的不利影响,还具有一定的超补偿效果;MAPBC中高纯度的鸟粪石组分通过缓释氮磷素,保障了对植株氮磷养分的长期供应。与N_(1)B_(0)相比,N_(3/4)B_(2)不仅可以满足水稻生长后期对氮磷养分的需求,还使穗部吸氮量和吸磷量分别显著增加(P<0.05)4.77%~7.06%和4.26%~12.69%;与N_(1)B_(0)相比,施加10 t/hm^(2)MAP-BC使2a的最高分蘖数和最终分蘖数分别显著增加(P<0.05)6.75%~9.64%和13.16%~16.88%;2 a试验中,在IAWD模式下,与N_(1)B_(0)相比,N_(1)B_(1)和N_(1)B_(2)的产量分别显著提高(P<0.05)了7.66%~8.43%和11.49%~12.64%,并且10 t/hm^(2)的MAP-BC可以弥补减施25%氮磷肥对产量造成的不利影响;IAWD模式下N_(3/4)B_(1)和N_(3/4)B_(2)可以显著降低消减值、垩白粒率和垩白度,显著提高崩解值,从而显著改善(P<0.05)水稻外观品质与食味值;此外,N_(1)B_(1)和N_(1)B_(2)较N_(1)B_(0)处理显著提高(P<0.05)稻米蛋白含量2.66%和5.79%,表明施用MAP-BC有助于改善稻米的营养品质。因此,在IAWD模式下减施氮磷肥25%配施10 t/hm^(2)MAP-BC可在节水条件下实现减施氮磷肥、增产、提质,从而为水稻绿色高效生产提供理论依据。

基于鸟粪石沉淀法高效回收磷石膏渗滤液中的磷

磷石膏渗滤液是磷石膏堆存时产生的液体,具有磷含量高、pH低、腐蚀性强和重金属含量高等特点。如果这些渗滤液随时间推移渗入地下,将严重污染地下水和地表水,对周边流域环境以及人体健康造成严重影响。利用鸟粪石沉淀法从磷石膏及其渗滤液中回收磷源,制备有价材料渗滤液基-鸟粪石结晶(PSL-S)。其核心在于通过转换渗滤液中磷的原矿相,提高有价组元回收率,实现工业固废替代纯试剂制备鸟粪石,解决了纯试剂制备鸟粪石价格高昂、磷石膏渗滤液中有价组元大量浪费的问题。设置Mg/P摩尔比、N/P摩尔比和pH 3个变量,选取渗滤液中磷回收率和PSL-S的鸟粪石纯度2个指标,通过单因素影响探究实验与优化正交试验,结合物相分析,得出了制备渗滤液基-鸟粪石结晶(PSL-S)的最优路径。当N/P摩尔比为5∶1,Mg/P摩尔比为1.6∶1,pH为9.5时,制备效果最佳,此时PO_(4)^(3-)回收率为87.73%、PSL-S的鸟粪石纯度为78.24%。PSL-S的成功制备,实现了磷石膏渗滤液高效资源化利用,显著降低了鸟粪石的生产成本,为磷化工废物的资源化利用提供了参考。

市政污泥热解残渣中磷回收及鸟粪石合成研究

针对污泥残渣的资源化应用开展了磷资源回收实验研究,系统分析了酸种类和不同浸出条件对污泥残渣中磷浸出率的影响,同时考察了pH、n(Mg)∶n(N)∶n(P)对含磷溶液合成鸟粪石的影响。实验结果表明,污泥残渣在液固比为20 mL/g、盐酸浓度0.4 mol/L、浸出时间4 h条件下,磷浸出率可达96.9%。通过阳离子交换树脂净化后的磷净化液在pH=10、n(Mg)∶n(N)∶n(P)=1.2∶1.2∶1的条件下结晶率可达98.1%,且获得的鸟粪石晶体中重金属含量均满足《有机无机复混肥料》(GB/T 18877—2020)标准限值。综上,通过磷提取、净化和结晶后可最终将污泥残渣中79%的磷进行回收。

鸟粪形貌特性对220 kV复合绝缘子闪络影响的仿真分析

通过COMSOL有限元仿真软件研究不同形貌特性的鸟粪对绝缘子闪络的影响。通过研究鸟粪的长度和黏度对闪络的影响以及鸟粪下落导致绝缘子闪络的过程,本文得出了不同黏度多段鸟粪构成的组合空气间隙击穿电压的计算方法。结果表明:鸟粪黏度越高,鸟粪的连续性越好,构成的空气间隙击穿电压越低,容易造成复合绝缘子闪络。因此若想提高防鸟罩对高黏度长鸟粪的防护能力,防鸟罩需具有减少鸟粪长度的能力。本研究在防鸟罩表面设计导流槽,将原本一段高黏度且长度较长的鸟粪通过导流槽分割成多段长度较短的鸟粪,通过减少鸟粪长度从而增加空气间隙长度,进而可以提高击穿电压,降低鸟粪闪络概率。

鸟粪石结晶法回收电镀废水中氮磷试验研究

采用鸟粪石结晶法回收电镀废水中的氮磷,主要考察了pH、重金属离子浓度、氟离子质量浓度对电镀废水中氮磷去除的影响,结果表明pH和重金属离子浓度可显著影响鸟粪石结晶过程,低质量浓度氟离子(0~40 mg/L)对鸟粪石结构的影响可以忽略。对不同条件下形成的鸟粪石进行了XRD、SEM、XPS表征,分析了重金属离子和氟离子对鸟粪石结晶过程的影响机理。重金属离子与鸟粪石可发生共沉淀,干扰鸟粪石结晶的形成。当氟离子与重金属离子共存时,氟离子会影响重金属离子在晶体上的吸附,并生成非晶相共沉淀物,改变鸟粪石的晶体形态。该研究为鸟粪石结晶法回收电镀废水中的氮磷提供理论依据。

电化学鸟粪石沉淀法对磷回收过程的影响因素

我国磷资源总量大,但能被有效利用的数量却较少,且磷是一种被广泛应用且不可再生的自然资源。由于人类对环境不合理的开发利用,大量磷营养物质排入河流、湖泊,使藻类大量生长繁殖,造成水体中溶解氧量急剧降低,致使水环境迅速恶化,水体富营养化严重且影响到生活用水和工业水供给。因此,通过污水治理实现磷回收,对生态修复和资源再利用都具有十分重要的作用。鸟粪石结晶法可以高效回收污水中的磷酸盐,实现磷资源的回收利用,形成的鸟粪石晶体可以作为肥料用于农业生产和花卉种植,实现良好的经济和环境效益。文章以富含氮磷的模拟养猪废水为例,采用电化学鸟粪石沉淀法开展资源化磷回收的试验研究。通过构建以镁金属板为阳极,钛金属板为阴极的电化学鸟粪石沉淀磷回收体系,考察电流密度、极板间距、磷氮质量浓度比、pH、电解时间及COD_(Cr)对磷回收效果的影响。结果表明:最佳反应条件为电流密度2.14m A/cm^(2),极板间距为30 mm,磷氮质量浓度比为1∶10,pH值为9.5,电解时间为60 min时,磷回收率可达99.79%。通过采用XRD和SEM对沉淀产物进行表征,结果显示在最佳反应条件下的沉淀产物为鸟粪石,且获得的鸟粪石品质优良,晶型优异。同时在最佳反应条件下,COD_(Cr)未对磷回收产生明显影响。

鸟粪石结晶反应在香蕉秸秆堆肥中的试验研究

香蕉秸秆作为一种农业废弃物,往往被农户直接丢弃而造成环境污染,为促进香蕉秸秆的循环利用,在香蕉秸秆堆肥过程中添加氯化镁和磷酸二氢钾,将香蕉秸秆制成含有磷酸铵镁的优质肥料,实现其资源化。试验设2个处理,空白组(香蕉秸秆+EM堆肥菌),试验组(香蕉秸秆+EM堆肥菌+氯化镁+磷酸二氢钾),每个处理3个平行。结果表明:堆肥结束时,试验组养分含量显著高于空白组养分含量,空白组和试验组的碱解氮含量分别为996.8 mg/kg和1974.0 mg/kg,试验组的碱解氮含量约是空白组的2倍;空白组和试验组的有效磷含量分别为0.53 g/kg和12.03 g/kg,分别占全磷含量的7.91%和38.35%。在香蕉秸秆堆肥中添加氯化镁和磷酸二氢钾可以有效减少氮磷的流失,增加堆肥产品中氮磷的含量,能有效实现香蕉秸秆的资源化。

一种综合性的航标鸟粪污染防治方案研究

通过实践初步探索一种鸟粪清除和鸟类驱逐相结合、物理途径和化学途径相搭配的综合性航标鸟粪污染防治方案,具体包括使用高压清洗机等装置进行物理除粪,使用有机清洁剂等化学途径辅助除粪,使用风力镜面驱鸟器等物理装置驱鸟,使用驱鸟原药包等化学途径驱鸟,并引入新型材料以增强航标防污除污的性能。

330 kV输电线路鸟粪闪络仿真研究

2011年以来宁夏地区330 kV线路先后多次发生鸟害故障跳闸,因此文中对330 kV输电线路复合绝缘子的鸟粪闪络展开了仿真研究。仿真了绝缘子I串和V串布置情况下鸟粪对绝缘子附近空间电场的影响,分析了鸟粪的长度、位置以及悬浮鸟粪的存在对电场的畸变效应,接着讨论了分裂导线以及屏蔽环对于电场的影响。结果表明,当鸟粪通道位于绝缘子附近时,电场畸变比较明显;悬浮鸟粪的存在会增加电场的不均匀度,更易引发闪络;分裂导线降低了电场的不均匀度,对鸟粪闪络具有抑制作用;屏蔽环缩短了高低压端之间的距离,增加了闪络的可能性。

合成绝缘子鸟粪闪络与不明原因闪络

在人工模拟鸟粪闪络现象的基础上 ,对鸟粪闪络机理及闪络条件进行了研究。发现鸟粪闪络主要是空气间隙在瞬间电场畸变情况下的击穿 ,而不是以往认为的沿面闪络。在以往认为的不明原因闪络中 ,有相当一部分实际上是属于鸟粪闪络 。

鸟粪导致交流输电线路塔窗-导线空气间隙放电的特性研究

为减少鸟粪导致的塔窗-导线空气间隙放电事故的发生,依据鸟粪电导率、粘度等参数配置鸟粪模拟液,完成了鸟粪影响下的模拟塔窗-导线空气间隙交流放电特性的试验研究;并结合电流场理论,采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件建立了简化的塔窗-导线电极击穿模型。结果表明,当大鸟在杆塔横担处排便时,其粪便会使得塔窗-导线间隙的击穿电压降低约75%;这是因为鸟粪落下的瞬间,鸟粪通道末端与导线高压端两端之间的空气间隙的电场强度大大增加,使空间电场发生严重畸变,进而可能导致间隙击穿放电。

鸟粪石结晶法处理牛场沼液过程中磷形态转化

为了解鸟粪石结晶法处理牛场沼液过程中不同形态磷的转化规律,该文以奶牛场沼液为对象,进行鸟粪石(Mg NH4PO4·6H2O,MAP)结晶法除磷过程中磷形态转化的试验研究。将原沼液和在不同p H值(8.5、9.0、9.5)下经MAP沉淀法处理后的沼液离心分离成固液两部分,分别测定两相中不同形态磷含量。在明确原沼液中磷形态及含量的基础上分析鸟粪石结晶法处理沼液后分离的固相和液相中不同形态磷的含量变化,确定牛场沼液中参与鸟粪石结晶反应的主要磷形态及比例。试验表明,牛场沼液中参与鸟粪石结晶反应的主要为溶解性正磷酸盐(Ortho-P)和铁铝结合磷(Fe-P/Al-P),两者占沼液总磷(total phosphorus,TP)的29.39%。p H值=9.5时,沼液中磷发生鸟粪石结晶反应程度较高,此时(Ortho-P+Na OH-P)去除率为80.84%,其中91.28%转化成鸟粪石,沉淀物中鸟粪石的质量分数达到10.96%。该研究明确了鸟粪石结晶法处理沼液过程中不同形态磷的转化规律,为优化反应条件促使沼液中磷向鸟粪石转移提供了依据。

脱水滤液中Mg^(2+)、PO_4^(3-)和NH_4^+浓度对鸟粪石形成的影响

以污泥脱水滤液为研究对象,考察了按照等化学计量比改变Mg2+、PO43-和NH4+的初始浓度、单独改变NH4+初始浓度和单独改变Ca2+初始浓度对鸟粪石回收效果的影响。结果表明:在按照等化学计量比改变Mg2+、PO43-和NH4+初始浓度的条件下,对Mg2+、PO43-和NH4+的回收率均随其初始浓度的增大而提高;保持Mg2+和PO43-浓度均为5.00 mmol/L,当NH4+的初始浓度提高到12.00 mmol/L时,约有90%的PO43-参与了鸟粪石的生成;Ca2+不仅可与Mg2+争夺PO43-而占据鸟粪石晶体赖以继续生长的活性位,而且还能与H2PO4-争夺OH-,抑制H2PO4-向PO43-转化并参与生成鸟粪石,同时造成对NH4+的回收率降低。

不同pH下鸟粪石(MAP)法目标产物的分析与表征

通过XRD,IR,TGA以及元素分析等手段对不同pH条件下MAP沉淀法所获沉淀进行表征和分析.结果表明XRD和IR能定性判断沉淀中是否含有鸟粪石,而元素分析可以定量确定沉淀中鸟粪石的含量.元素分析表明,纯水实验体系获得高纯度鸟粪石(>90.0%)的pH值范围为7.0—9.0,而因有钙离子等影响因素,所以用自来水作为溶剂的实验体系获得高纯度鸟粪石(>90.0%)的pH范围为7.0—7.5.

鸟粪石结晶沉淀法处理氨氮废水

鸟粪石结晶沉淀法是一种比较新颖的去除氨氮的方法。以MgCl2.6H2O和Na2HPO4.12H2O为沉淀剂,研究了影响该方法脱氮的因素。得出最佳工艺条件,pH值8.83,反应摩尔比n(Mg2+)∶n(NH4+)∶n(PO43-)为1.25∶1∶1.1,反应时间20min,氨氮去除率达到98.59%,残留氨氮和磷浓度分别为32.45mg/L、63.19mg/L。

鸟粪石结晶法处理猪场污水的研究现状及发展趋势

采用鸟粪石结晶法处理猪场污水,可实现猪场污水氮磷的去除及资源的回收,有利于畜牧业及磷资源的可持续发展。本文介绍了鸟粪石结晶法用于猪场污水的基本原理和影响因素,总结了目前研究的不足之处,展望了该法处理猪场污水的研究方向和发展前景。

以鸟粪石的形式在污水处理厂回收磷的研究

磷既是一种不可再生的资源,也是造成水体富营养化的重要因素。近年来,随着磷资源的匮乏,从污水处理厂回收磷在世界各国逐渐兴起,而我国在这方面的研究还基本处于起始阶段。为此,在某污水处理厂进行了以鸟粪石形式回收磷的小试实验,考察了磷回收的一些控制参数,并将以此作为基础,继续深入研究。

海藻酸钠对鸟粪石结晶的影响及机理研究

鸟粪石结晶沉淀法回收剩余污泥中磷工艺具有良好应用前景,然而污泥中的一些有机物,特别是胞外聚合物(EPS)将对鸟粪石结晶产生一定的影响.海藻酸钠(SA)在物化性质上接近于EPS,为较深入地探究此影响机理,以SA作为EPS的代用化合物采用恒组分、恒p H实验来考察EPS对鸟粪石结晶的影响,并借助红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析来探讨SA与鸟粪石晶体之间的作用机理.结果表明,在SA浓度0~250mg/L范围内,随其浓度的增大鸟粪石结晶生长速率降低,鸟粪石晶体的尺寸有所减小,其原因是海藻酸阴离子吸附并掩蔽鸟粪石表面生长活性点上阻碍晶体生长.这种吸附作用是由鸟粪石表面Mg2+、磷酸羟基团(POH)分别与SA中COOH、C=O、COC键合共同引起的,而鸟粪石表面的NH_4^+并未参与反应.

鸟粪石结晶成粒技术回收污泥液中磷的中试研究

为了探究鸟粪石(MAP)结晶成粒技术在实际工程中的应用条件及价值,利用鸟粪石中试反应器处理无锡某污水处理厂污泥脱水液,确定了鸟粪石结晶成粒技术回收磷的最佳工况:pH=9.0,摩尔比N:P:Mg=4:1:1.3,反应周期为4d.最佳条件下脱水液磷回收率达85%,收获的鸟粪石平均粒径为0.74mm,纯度可达98.23%.收获的MAP颗粒为规则斜方晶结构,品质较好,颗粒纯度高杂质少.经济分析表明,鸟粪石结晶成粒技术回收每吨污泥液中磷的药剂成本为0.38元.