基于酸浸焚烧污泥灰中的磷释放及蓝铁矿生成

酸浸焚烧污泥灰(ISSA)是一种湿化学法提取磷(P)的工艺,因其操作简单、损耗低而被广泛应用.以烘干污泥为对照,通过考察不同温度(600~900℃)下ISSA中的磷形态和矿物相转变,研究了H_(2)SO_(4)和HCl作为提取液的酸浓度、酸浸时间和液固比对ISSA样品释磷性能以及对Ca、Al、Mg、Fe等关键金属元素浸出行为的影响,最终通过酸浸、阳离子交换树脂(CER)纯化和沉淀三步反应得到磷回收产物.结果表明:ISSA样品磷的形态以非磷灰石态无机磷(NAIP)为主,且部分NAIP会随着焚烧温度的升高转变为磷灰石态无机磷(AP);同时,污泥样品经两种提取液酸浸后,金属元素Ca、Al、Mg释出量最多,其中Ca、Mg元素的浸出量随焚烧温度的升高变化不大,而Al的浸出量随焚烧温度的升高急剧降低;相比其他焚烧温度,800℃条件下ISSA释磷性能更好,且H_(2)SO_(4)酸浸释磷性能优于HCl酸浸,当H_(2)SO_(4)浓度为0.10mol/L、液固比为150mL/g、酸浸时间为150min时释磷率达到最高;分析表征结果表明,采用CER对H2SO4浸出液纯化后,反应合成的磷回收产物为纯度较高的蓝铁矿.

NaCl浓度对铁阳极强化污泥发酵液产氢及蓝铁矿生成的影响

基于剩余污泥的资源属性,构建了铁阳极介导的新型微生物电发酵体系,以氯化钠为电解质,探究了不同NaCl浓度(10mmol/L,30mmol/L和60mmol/L)对污泥发酵模拟液同步产氢及蓝铁矿生成效能的影响.结果表明,10mmol/L条件下,氢气产量达到峰值(387.8±14.2)mL,相比30mmol/L组(312.2±18.6)mL和60mmol/L组(100.3±10.4)mL分别提升23.5%和286.6%,短链挥发性脂肪酸(SCFAs)利用率达81.2%,均高于其他各组.各组溶解性磷酸盐在电发酵3d内实现完全去除,10mmol/L体系中Fe2+占比达77.6%,并随电解质浓度升高而降低.扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)和X射线衍射仪技术(XRD)表征发现,体系内沉淀以蓝铁矿结晶为主,且结晶度与电解质浓度呈负相关.低电解质浓度提升了体系生物膜的充放电性能,10mmol/L条件下,生物阴极微生物主要以电化学活性菌(EAB)和厌氧发酵菌为主,累积丰度达22.10%和42.37%,异化铁还原菌(如Bacteroides、Pseudomonas和Sphingomonas)占比达9.17%.

不同有机底物对富铁污泥中蓝铁矿生成的影响研究

富铁污泥不仅可以固磷,而且可以通过生成蓝铁矿实现磷的资源化。污泥中不同有机底物会对蓝铁矿的生成速率产生潜在的影响,为探明其影响机制,研究了蛋白质、乙酸钠、葡萄糖对蓝铁矿生成的影响。试验结果表明:蛋白质组蓝铁矿生成量最大,相较空白组提升了35.23%,达到了(107.71±8.79)mg/g[TS],平均生成速率为4.42 mg/(g[TS]·d),而乙酸钠组和葡萄糖组的蓝铁矿生成量与空白组相比分别下降21.50%和19.74%。

从污泥中回收蓝铁矿的研究进展

污水是重要的磷汇,从污水污泥中回收磷有助于缓解水体富营养化和磷短缺,有利于资源循环和可持续发展。在污水处理中通常采用强化生物除磷(EBPR)和化学除磷(CPR)2种工艺,磷均被富集到污泥当中,污泥厌氧消化过程为蓝铁矿(Fe_(3)(PO_(4))_(2)·8H_(2)O)的生成提供了有利条件。因此,存在于消化污泥中的蓝铁矿可能是磷酸盐的主要存在形式。相比于鸟粪石和污泥焚烧等传统的磷回收方式,蓝铁矿较易获取且经济价值高,因此获得了广泛关注。该文综述了从消化污泥中以蓝铁矿作为磷回收路径的研究进展,包括蓝铁矿形成机理、物化性质、影响因素、富集及回收方法等。

以蓝铁矿形式从污水或污泥中回收磷的研究进展

由于当前磷资源短缺以及其回收方法的局限性,迫切需要开发从废水或污泥中回收磷的可行技术。近来,蓝铁矿[Fe_(3)(PO_(4))_(2)·8H_(2)O]凭借其易于获得和可观的经济价值而备受国内外关注。蓝铁矿的生成除了富铁、富磷的条件以外,还需要还原性环境以及中性条件的pH。实践中,污水厂的运行条件恰好满足蓝铁矿生成的内外因素,在污泥中也多次报道有蓝铁矿的存在。为推动蓝铁矿形式的磷回收的进一步发展,文章从蓝铁矿的化学性质、回收潜力、生成过程、影响因素以及回收手段阐述从废水中以蓝铁矿形式回收磷的可行性。并对今后以蓝铁矿形式的磷回收方法的研究和发展提出了展望和建议:明晰蓝铁矿生成的机理及影响因素、增大所生成蓝铁矿尺寸、强化或开发分离手段。

铁磷比对厌氧消化系统中蓝铁矿生成的影响

用血清瓶对城市污水处理厂活性污泥进行20天的厌氧消化反应,通过向厌氧消化系统中投加不同量的氯化铁(FeCl_(3)),形成Fe/P=0.34∶1的空白组和Fe/P=0.67∶1、1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1的各实验组,考察不同Fe/P条件下厌氧消化系统中铁和磷酸盐的变化过程、蓝铁矿的生成情况、磷赋存形态的变化、氧化还原性和酸碱环境的变化等.结果表明:各实验组中大部分三价铁被还原,可提取亚铁浓度分别为103.72mg/L、200.50mg/L、298.43mg/L、425.28mg/L、602.37 mg/L和758.66 mg/L,相应的液相中PO_(4)^(3-)去除率分别为19.55%、45.94%、68.83%、92.52%、99.52%和99.53%,即亚铁浓度的增加与磷酸盐的去除存在一定的对应关系.通过XRD和SEM检测发现各实验组中均存在蓝铁矿,利用七级磷提取法对干污泥中磷的赋存形态进行分析,结果表明随着Fe/P的增加,不稳定结合磷从51.27%下降至10.11%,铁结合磷从10.91%增加到81.27%.通过对各实验组数据的对比分析,Fe/P=2∶1为蓝铁矿形成的最适铁磷比.同时,FeCl_(3)的投加会对系统中氧化还原环境和酸碱度产生一定的影响.此外,厌氧消化系统中氨氮(NH^(+)4)的产生量和挥发性脂肪酸(VFAs)转化率随Fe/P增加而增大.在蓝铁矿回收过程中,适宜的铁磷比能够以最小的铁投加量获得最大的磷回收率.

云南星云湖中蓝铁矿结核的发现及环境意义

本文从矿物学、物理性质和化学组成等方面确定了首次在云南星云湖沉积物中发现的蓝铁矿结核.提供了蓝铁矿的X射线的峰值特征和红外光谱图;在讨论铁质和磷质来源及还原环境产生的基础上,提出了蓝铁矿的形成机理。认为蓝铁矿结核可以反映原始沉积环境,是一种内陆淡水湖泊的沉积标志,仅存在于淡水浅湖及湖湾沉积物中,反映一种浅湖及湖湾的低能环境。

蓝铁矿特征及其对铁矿选矿的意义

分析蓝铁矿的分布及产出特征,从而得出蓝铁矿在氧化铁矿床中产出是可能的,因此研究蓝铁矿在铁矿选矿过程中的行为对高磷铁矿脱磷具有重大意义。介绍鉴定蓝铁矿的一般方法——热差分析和失重分析、红外线光谱分析,并研究了摇床选矿和磁选中蓝铁矿的走向,为铁矿选矿脱磷工作提供参考。

蓝铁矿结晶法用于污水处理厂回收磷的研究进展

简述了从污水处理厂以蓝铁矿结晶法回收磷的过程,系统总结了微生物、pH值和氧化还原电位、铁源、温度及有机物等因素对蓝铁矿结晶过程的影响,综述了蓝铁矿结晶法在实际污水处理厂应用的研究进展,分析了蓝铁矿结晶法工程化的可行性、目前所面临的问题和改进措施,对未来研究方向提出展望,以期为蓝铁矿结晶法回收磷的技术研发及工程应用提供参考。

蓝铁矿结晶法用于污泥中磷回收研究进展

磷矿是一种有限的重要资源,目前磷矿储备形势需要进行磷回收,以保障未来磷供应。市政污泥富含大量磷元素,从中回收磷成为了磷资源新思路。随着污泥产量的增加,污泥厌氧消化对实现污泥资源化展现出良好发展前景。在污泥厌氧消化的过程中,以蓝铁矿结晶的形式回收磷的蓝铁矿结晶法是污泥处置一举两得的方法。介绍了蓝铁矿结晶法回收磷的原理,分析了蓝铁矿结晶的影响因素,阐述了对不同除磷工艺所产污泥进行蓝铁矿结晶、提高铁还原效率及从污泥中分离蓝铁矿的研究进展。指出目前研究的不足并对蓝铁矿结晶法的未来发展做出展望,以期对蓝铁矿结晶法进一步深入研究、优化及应用提供参考。

广东高要某铜—钼矿床中蓝铁矿矿物学特征

本文报导了广东高要某铜—钼热液矿床中蓝铁矿的矿物学特征,提供了蓝铁矿的形态特征、化学成分、晶体结构、物理性质、红外吸收光谱、热分析及析光率数据资料。

蓝铁矿法回收生物膜富集的城市污水中的磷

磷资源因具有不可再生性和污染性,需要进行磷回收.目前污水处理厂使用的传统磷回收方法多是鸟粪石法,但存在利用价值低、磷回收率不高等缺点.本课题组提出了一种新的磷回收工艺系统,即在生物膜法高倍富集城市污水中的磷的基础上,通过蓝铁矿的形式回收磷,具有经济价值高、磷回收率高等优势.本实验研究主要通过探讨蓝铁矿法回收富磷溶液的过程中获得高磷回收率和蓝铁矿纯度的反应条件,并进行X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜—能谱(SEM-EDS)定性表征最优条件下的蓝铁矿.结果表明,最优反应条件是pH值为7.00—7.50、氧化还原电位(ORP)降到-100 mV左右、铁磷离子物质的量物质的量比为3∶1,此时蓝铁矿法的磷回收率约为95.00%,蓝铁矿纯度为88.35%,蓝铁矿为沉淀回收物中主要晶相且晶型较好.

污水磷回收新产物--蓝铁矿

渐行渐近的磷危机使磷回收从理论已经走向实践.磷回收产物形式很多,但经济、具有高附加值的产物才能驱动企业自愿实施.在污水处理生物污泥中新近发现的蓝铁矿(Vivianite,Fe_3(PO_4)_2·8H_2O)沉淀物因潜在的特殊用途以及经济价值而备受关注.自然界,蓝铁矿广泛存在于地表水体沉积物中,是一种非常稳定(K_(sp)=10^(-36))的磷铁化合物.决定蓝铁矿生成的条件除富铁、富磷之内在因素外,还需要环境中存在合适的还原性条件(ORP<-300 mV)以及中性上下的pH条件(6～9).实践中,污水或污水处理过程中有时刚好存在蓝铁矿形成的内、外在条件,荷兰污水处理厂在生物污泥中便检测发现有蓝铁矿物质的存在.为推动蓝铁矿基础及其应用研究,本文综述蓝铁矿化学性质、经济价值及回收潜力;分析pH、ORP、微生物、硫化物等环境影响因素;辨析其在生物污泥中的生成路径;提出从污泥中分离、提纯蓝铁矿的研发思路.

蓝铁矿形成于污泥厌氧消化系统的验证与分析

磷危机"与"水体富营养化"现象随行,致污水磷回收势在必行。最近,在污泥厌氧消化过程中发现了磷回收新产物——蓝铁矿,一种化学稳定性很强、回收用途极为广泛、经济价值更高的磷酸盐化合物。鉴于此,通过试验验证污泥厌氧消化条件下,Fe^(3+)生物还原至Fe^(2+)、与污泥释放的PO_4^(3-)反应生成蓝铁矿的可行性以及所需环境条件与限制因素。结果显示,Fe^(3+)在厌氧消化过程中会被异化金属还原菌(DMRB)还原为Fe^(2+),与污泥细胞裂解释放出的PO_4^(3-)可以生成蓝铁矿,含量高达204 mg/g DS。进言之,碳酸盐(MCO_3)不会干扰蓝铁矿生成。Fe^(3+)被生物还原时,DMRB会与产甲烷菌(MPB)争夺电子供体(有机物),一方面会抑制厌氧消化产甲烷(CH_4),另一方面,Fe^(3+)也提供了MPB所必需的Fe元素,可刺激酶活,反而能促进产CH_4过程;Fe^(3+)对产CH_4过程的综合影响为促进作用。

探究污泥厌氧消化系统中蓝铁矿生成的干扰因子

在污泥厌氧消化系统可以生成蓝铁矿的试验验证的基础上,进一步通过外加干扰因子(Al^(3+)、Mg^(2+)、Ca^(2+)、S^(2-)、腐殖酸等)的方式,探究干扰因子对蓝铁矿生成的抑制作用(与Fe^(2+)或PO_4^(3-)形成竞争)。结果显示,消化污泥中的Al^(3+)是抑制蓝铁矿生成的关键因子,而且不存在能缓解或者屏蔽Al^(3+)抑制的阴离子。Ca^(2+)、Mg^(2+)虽然也会抑制蓝铁矿的生成,但污泥中CO_3^(2-)和SO_4^(2-)的存在一定程度上可以缓解抑制作用。腐殖酸与S^(2-)亦能抑制蓝铁矿的生成,但可以被Fe^(2+)、Cu^(2+)、Mn^(2+)、Zn^(2+)等金属离子所屏蔽。干扰因子对蓝铁矿生成的抑制程度顺序为:CO_3^(2-)<HA<S^(2-)<Mg^(2+)<Ca^(2+)<Al^(3+)。

蓝铁矿形成要素探究:涉及细菌对乙酸的亲和性

蓝铁矿是继鸟粪石后又一种被关注的高含磷量磷酸盐化合物。不同的是,蓝铁矿只能在污泥厌氧消化过程中形成,且需要污泥中含有足量的三价铁(Fe3+)。有关蓝铁矿的研究目前又到了趋之若鹜的程度,但是蓝铁矿形成的关键制约因素仍未完全明晰。为此,通过序批式厌氧消化反应探究了厌氧消化系统中铁还原细菌(DMRB)与产甲烷菌(MPB)对共同基质——乙酸的竞争关系,以确定蓝铁矿的形成是否会因MPB消耗乙酸而被影响(共性问题)。结果发现,两种微生物对挥发性脂肪酸(VFAs)确实存在底物竞争关系,因DMRB对乙酸的亲和系数比MPB低约1个数量级,使其在竞争中立于不败之地。因此,MPB并存并不会明显影响Fe3+还原速率及蓝铁矿形成。然而,蓝铁矿大量形成会减少甲烷(CH4)产量,平衡二者关系应为后续研究重点。

铁还原细菌Shewanella oneidensis MR-4诱导水合氧化铁形成蓝铁矿的过程

【目的】研究铁还原细菌Shewanella oneidensis MR-4在细胞外诱导形成含铁矿物的矿物相、化学成分和形貌结构等特性及其变化,深化对铁还原细菌细胞外诱导矿化过程的认识。【方法】在以30 mmol/L乳酸钠为电子供体,10 mmol/L水合氧化铁为电子受体,[HCO_3~–]为30 mmol/L,[PO_4^(3–)]为5 mmol/L条件下,30°C恒温下厌氧培养,进行细菌生长和细胞外诱导矿化实验,定期采样测量反应体系的pH、生物量、Fe(Ⅱ)浓度;采用激光拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X-射线衍射(XRD)等方法对不同时间点的矿化产物进行分析。【结果】MR-4在还原Fe(Ⅲ)的过程中,细胞快速生长,表明MR-4的Fe(Ⅲ)还原和乳酸氧化过程相互耦合,从而进行细胞生长,并在细胞外诱导矿物形成。对不同阶段矿化产物的综合分析表明,反应进行到约8 d时,无定形-弱结晶的水合氧化铁部分地转化为纳米尺寸的磁铁矿晶体颗粒;约16 d时,反应体系中开始出现蓝铁矿晶体颗粒;约20 d后,几乎所有矿物转化为纤维状或者叶片状的蓝铁矿。【结论】铁还原细菌Shewanella oneidensis MR-4细胞外诱导矿化过程受环境条件控制,当以乳酸钠和水合氧化铁分别作为电子供体和受体,相对高的[PO_4^(3–]/[HCO_3^–](1:6)时,水合氧化铁先转化为磁铁矿,最后大量转化为蓝铁矿。本研究为全面认识铁还原细菌的生物诱导矿化过程和评估其参与铁元素地球化学循环提供了新的数据。

异化还原铁泥合成蓝铁矿/微生物复合材料固载铅研究

铁基复合材料具备优异的吸附/固载重金属性能,常用于钝化土壤中的铅,但常规的化学合成方法成本较为昂贵.为此,本文研发一种基于芬顿铁泥(Iron Sludge,IS)资源化利用的铅钝化材料,即通过异化铁还原菌(Shewanella Oneidensis MR-1)调控形成官能团丰富、比表面积大、表面负电荷量高的蓝铁矿/微生物复合材料(Vivi/MR-1),并研究其对铅的吸附固载性能.结果发现,Vivi/MR-1对铅的最大吸附容量为118mg·g^(-1),高于MR-1(78 mg·g^(-1))、IS(61 mg·g^(-1))、Vivi(52 mg·g^(-1)),且具有较宽的pH工作范围,受环境中其他金属离子的影响较小.结合X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、傅里叶红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectrometer,FTIR)等表征技术,确定吸附成矿、官能团络合是Vivi/MR-1钝化铅的主要机制.最后,通过土壤钝化实验进一步验证该复合材料对土壤中铅的固载性能,研究表明,Vivi/MR-1可将土壤中酸溶解态铅降低93.6%,极大地降低了铅的迁移性.

污泥焚烧灰磷回收制备蓝铁矿

污泥焚烧灰是很有前景的磷(P)回收原料.本研究提出新的磷回收途径:污泥焚烧灰富磷浸出液经Mg/Fe-水滑石吸附、NaOH溶液脱附,脱除Ca等杂质离子后制备高价值的蓝铁矿(Fe_(3)(PO_(4))_(2)·8H_(2)O).通过正交实验,获得了脱附液制备蓝铁矿的最佳条件:温度10℃、pH 6、Fe/P摩尔比为1.5.在该条件下,评估了脱附液初始P浓度和干扰离子Al^(3+)对固体产物蓝铁矿纯度的影响.结果表明,初始P浓度越高、Al^(3+)浓度越低,获得的固体产物蓝铁矿相对纯度越高(达97%);随着Al^(3+)浓度增加,产物蓝铁矿纯度下降,Al^(3+)浓度为532 mg/L时,固体产物中不再含蓝铁矿成分.本研究为有效回收污泥焚烧灰中的磷并制备高价值的蓝铁矿提供了理论依据.

湖南何家皂北宋墓出土纺织品附着灰蓝色物质的科学分析

出土于湖南衡阳何家皂北宋墓的纺织品上观察发现有灰蓝色固体物质附着,为查明其性质,采用扫描电镜-能谱法、激光拉曼光谱法和X射线衍射法结合能量色散X射线荧光光谱法和光学形貌观察等手段进行科学分析。结果表明,该物质为磷酸亚铁矿物——蓝铁矿[Vivianite:Fe_(3)(PO_(4))_(2)·8H_(2)O],其多形成于富铁、富磷、有机物含量较高且贫硫的缺氧还原沉积环境中,微生物活动亦对其生成有影响。该矿物的发现对墓葬环境特征与保存状态的研究有指示意义,在考古遗存中或可作为判断特殊埋藏条件的标志自生矿物之一。