畜禽養(yǎng)殖廢水磷回收時一種提高鳥糞石純度的方法
【專利摘要】畜禽養(yǎng)殖廢水磷回收時一種提高鳥糞石純度的方法，屬于水污染控制與資源再生領(lǐng)域。本發(fā)明所述方法為：向畜禽養(yǎng)殖廢水中添加一定量MgCl2或MgSO4鎂源，保證初始溶液Mg:P摩爾比為1.5-5.5，充分攪拌1-720min，利用NaOH調(diào)節(jié)并控制反應(yīng)前及反應(yīng)過程中溶液pH為9.0-10.5。本發(fā)明通過選擇合適鎂源、初始溶液Mg：P摩爾比，并控制合適反應(yīng)pH、反應(yīng)時間來提高回收鳥糞石產(chǎn)品純度，為提高回收鳥糞石產(chǎn)品經(jīng)濟價值提供了簡便、有效的方法。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水污染控制與資源再生領(lǐng)域，是一種以鳥糞石形式回收畜禽養(yǎng)殖廢水 中磷時提高產(chǎn)品純度的方法。 畜禽養(yǎng)殖廢水磷回收時一種提高鳥糞石純度的方法

【背景技術(shù)】
[0002] 磷代表著細胞水平上生命體的能量流動，可有效控制生物產(chǎn)量。當河流湖泊中磷 過量時，有毒藻類會過量繁殖，引起水體富營養(yǎng)化。常見的廢水除磷技術(shù)包括化學(xué)法、生物 法，但由于廢水中的磷必須轉(zhuǎn)移到固體即污泥中才能去除，因而這兩類方法的污泥產(chǎn)量較 高，需較高的污泥處理費用。與此同時，由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對不可再生型磷礦資源需求不斷增 大，人類目前正面臨磷資源短缺問題，急需尋求可替代磷礦的新型磷資源生產(chǎn)技術(shù)。鳥糞石 法畜禽養(yǎng)殖廢水磷回收技術(shù)不僅可以解決畜禽養(yǎng)殖廢水磷過量排放問題，還可回收一種優(yōu) 良的緩釋肥鳥糞石（MgNH 4P04 · 6H20)，實現(xiàn)磷資源的循環(huán)利用。
[0003] 畜禽養(yǎng)殖廢水中除了含有鳥糞石組分離子（Mg2+、P04 3' NH4+)，還含有大量Ca2+、 K+、C0廣、SO,等雜質(zhì)離子，以上雜質(zhì)離子可能相互結(jié)合或與鳥糞石組分離子結(jié)合，生成如 Ca5(P0)3 *〇H,CaHP04 ·2Η20Χβ3(Ρ04)2 *xH20,Mg3(P04)2 *8H20,Mg3(P04)2 *22H20,MgHP04 ·3Η20, CaC03、CaS04 · 2H20、MgKP04 · 6H20、Mg(0H)2等雜質(zhì)，從而影響回收鳥糞石產(chǎn)品純度，進而影 響回收產(chǎn)品的經(jīng)濟價值。因此，提高畜禽養(yǎng)殖廢水中回收鳥糞石產(chǎn)品純度，是提高鳥糞石產(chǎn) 品經(jīng)濟價值的必由之路，對鳥糞石法畜禽養(yǎng)殖廢水磷回收技術(shù)有重要的經(jīng)濟意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對鳥糞石法畜禽養(yǎng)殖廢水磷回收時產(chǎn)品純度不高的問題，本發(fā)明提供了一種通 過鳥糞石沉淀反應(yīng)條件的集成控制，提高鳥糞石產(chǎn)品純度的方法。通過如下方式實現(xiàn)：向畜 禽養(yǎng)殖廢水中添加一定量MgCl 2或MgS04鎂源，保證初始溶液Mg:P摩爾比為1. 5-5. 5,充分 攪拌l-720min，利用NaOH調(diào)節(jié)并控制反應(yīng)前及反應(yīng)過程中溶液pH為9. 0-10. 5。通過上述 步驟即可提高畜禽養(yǎng)殖廢水中回收鳥糞石產(chǎn)品純度。
[0005] 本發(fā)明是在大量的試驗測試及文獻調(diào)研分析上得出的，具體原理如下。
[0006] 首先，鳥糞石沉淀反應(yīng)中單一反應(yīng)條件的合理選擇和控制可一定程度提高回收鳥 糞石純度。
[0007] (1)選擇合適鎂源可有效提高回收鳥糞石純度。若以鹽鹵為鎂源，由于鹽鹵中不 僅含有大量Mg 2+，還含有Ca2+，向溶液中補充Mg2+的同時還混入Ca2+，在堿性條件下，Ca 2+極 易與Mg2+競爭P04'反應(yīng)生成磷酸鈣，減少鳥糞石產(chǎn)量的同時增加磷酸鈣產(chǎn)量，從而影響回 收鳥糞石純度。若以MgO或Mg (0Η) 2為鎂源，由于MgO或Mg (0Η) 2在堿性溶液中溶解度很低 (Mg(0H)2于20°C下溶解度為9. 628X 10_4g/100mL)，溶解速率很慢，且大量研究結(jié)果證明， 鳥糞石沉淀反應(yīng)發(fā)生在MgO或Mg(0H) 2固體顆粒表面，包裹于鎂源顆粒表面的鳥糞石會阻 礙溶液中Mg2+、P04'NH 4+傳質(zhì)，從而影響鳥糞石的進一步生成，反應(yīng)結(jié)束后回收產(chǎn)品中存在 大量未溶解的MgO或Mg (0H) 2，從而影響回收鳥糞石純度。而若以MgCl2或MgS04為鎂源，既 不會引入競爭離子，又可避免過量鎂源未溶解問題，可有效提高回收鳥糞石純度。
[0008] (2)選擇合適初始溶液Mg :P摩爾比可有效提高回收鳥糞石純度。由于影響鳥糞 石沉淀反應(yīng)發(fā)生的重要因子為溶液Mg2+、P0 43' NH4+離子活度積，只有當活度積大于溶度積 時，鳥糞石沉淀反應(yīng)才會發(fā)生。由于畜禽廢水中氨氮大大過量，若初始溶液Mg :P摩爾比過 低（〈1. 5)，即初始溶液Mg2+含量不足，則溶液中的Ρ〇Λ不會完全與Mg2+、NH4+結(jié)合，生成鳥 糞石產(chǎn)量較低，從而影響回收鳥糞石純度。若初始溶液Mg :P摩爾比過高（>5. 5)，不僅會使 成本大大增加，還可能生成Mg3(P04)2 · 8H20、Mg3(P04)2 · 22H20等雜質(zhì)，從而影響回收鳥糞石 純度。因此，選擇初始溶液Mg :P摩爾比1. 5-5. 5,可有效提高回收鳥糞石純度。
[0009] (3)控制合適反應(yīng)pH可有效提高回收鳥糞石純度。pH變化會影響Mg2+、NH 4+、P0,活 度，從而會對鳥糞石產(chǎn)量及純度產(chǎn)生影響。當pH過低（〈9.0)時，Ρ〇Λ活度較低，因而鳥糞 石產(chǎn)量及純度較低；當pH過高（>10. 5)時，一方面，Mg2+、NH4+活度較低，鳥糞石產(chǎn)量和純度 較低，另一方面，溶液中會反應(yīng)生成Mg 3(P04)2 · 8H20、Mg3(P04)2 · 22H20、Mg(0H)2等雜質(zhì)，也 會影響回收鳥糞石純度。因此，控制反應(yīng)PH9. 0-10. 5,可有效提高回收鳥糞石純度。
[0010] (4)控制合適反應(yīng)時間可有效提高回收鳥糞石純度。由于鳥糞石晶體成核、生長 需要一定時間，若反應(yīng)時間較短（〈lmin)，則鳥糞石晶體的成核、生長階段尚未完成，鳥糞石 沉淀反應(yīng)進行不完全，從而影響鳥糞石產(chǎn)量和純度。若反應(yīng)時間較長（>720min)，溶液中不 僅會形成鳥糞石，還會形成羥基磷灰石等雜質(zhì)，從而影響鳥糞石純度。因此，控制反應(yīng)時間 l-720min，可有效提高回收鳥糞石純度。
[0011] 其次，雖然以上單一反應(yīng)條件的合理選擇和控制可一定程度提高回收鳥糞石純 度，但提高程度有限。因此，要最大程度提高回收鳥糞石純度，可通過集合單一反應(yīng)條件的 最佳選擇和最佳控制實現(xiàn)，即通過鳥糞石沉淀反應(yīng)條件的集成控制提高回收鳥糞石純度。
[0012] 本發(fā)明所提供的畜禽養(yǎng)殖廢水磷回收時提高鳥糞石純度的方法，通過對鎂源、初 始溶液Mg :P摩爾比、反應(yīng)pH和反應(yīng)時間的集成控制，最大程度提高回收鳥糞石純度，為提 高回收鳥糞石產(chǎn)品經(jīng)濟價值提供了簡便、有效的方法。

【具體實施方式】
[0013] 實施例1 : 取養(yǎng)豬廢水40〇1^，其順4+-隊？043--?、1% 2+濃度分別為54〇11^/1，86 11^/1、8.4111^/1， 初始pH值為7. 9，滴加 c (Mg2+) =4. 94g/L的MgS04溶液9. lmL至養(yǎng)豬廢水中，使初始溶液Mg : P摩爾比為1. 8,充分攪拌15min，反應(yīng)過程中利用2MNa0H控制溶液pH為9. 3,反應(yīng)結(jié)束后， 將溶液靜沉2h，棄上清液后將沉淀回收，回收產(chǎn)品于40°C下烘干，分析產(chǎn)品鳥糞石純度。純 度分析步驟為：取少量烘干后產(chǎn)品于〇. 5%HN03中充分溶解，分析上清液中NH4+濃度，根據(jù)鳥 奠石純度=(/? Μ XI鳥?石）Z?產(chǎn)物(式中，氣為氣氣的物質(zhì)的星；i/"鳥?石為鳥奠石摩爾質(zhì)星；?產(chǎn) ?為產(chǎn)物質(zhì)量）計算該回收產(chǎn)品鳥糞石純度為89%。相比以鹽鹵為鎂源其他反應(yīng)條件相同， 回收鳥糞石純度提高5% ;相比以MgO為鎂源其他反應(yīng)條件相同，回收鳥糞石純度提高16% ; 相比以Mg(0H)2為鎂源其他反應(yīng)條件相同，回收鳥糞石純度提高10%。
[0014] 實施例2 : 取養(yǎng)豬廢水400mL，各離子濃度及初始pH值同例1，滴加 c (Mg2+) =4. 94g/L的MgS04溶 液10. 7mL至養(yǎng)豬廢水中，使初始溶液Mg :P摩爾比為2. 1，充分攪拌20min，反應(yīng)過程中利用
【權(quán)利要求】
1. 畜禽養(yǎng)殖廢水磷回收時一種提高鳥糞石純度的方法，其特征在于所述方法步驟為： 向畜禽養(yǎng)殖廢水中添加 MgCl2或MgS04鎂源，保證初始溶液Mg :P摩爾比為1. 5-5. 5,充分攪 拌l-720min，利用NaOH調(diào)節(jié)并控制反應(yīng)前及反應(yīng)過程中溶液pH為9. 0-10. 5,通過上述步 驟即可提高畜禽養(yǎng)殖廢水中回收鳥糞石產(chǎn)品純度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的畜禽養(yǎng)殖廢水磷回收時一種提高鳥糞石純度的方法，其特征 在于初始溶液Mg :P摩爾比為1. 5-5. 5。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的畜禽養(yǎng)殖廢水磷回收時一種提高鳥糞石純度的方法，其特征 在于反應(yīng)前及反應(yīng)過程中溶液pH為9. 0-10. 5。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的畜禽養(yǎng)殖廢水磷回收時一種提高鳥糞石純度的方法，其特征 在于反應(yīng)時間l-720min。
【文檔編號】C02F1/58GK104098077SQ201310122206
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月10日
【發(fā)明者】陳少華, 沈穎, 葉志隆, 葉欣 申請人:中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所