磷酸銨鎂(MAP)結(jié)晶法回收糞污/秸稈混合發(fā)酵沼液中氮磷的特性研究

黃 彬， 郭惠娟， 毛林強(qiáng)， 張文藝

(常州大學(xué) 環(huán)境與安全工程學(xué)院， 江蘇 常州 213164)

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)儀器與試劑

試驗(yàn)儀器:FA2104型電子分析天平，LDZX-50KBS型立式壓力蒸汽滅菌器，752N型紫外可見分光光度計(jì)，DHG-9070A型鼓風(fēng)干燥箱，PHS-3C型pH計(jì)等。

試驗(yàn)試劑:Na2HPO4·12H2O，MgCl2·6 H2O，NaOH，HCl等均為分析純。

1.2 試驗(yàn)水質(zhì)

常州市某地區(qū)分散式養(yǎng)豬場(chǎng)沼液主要污染物指標(biāo)如表1所示。

1.3 試驗(yàn)方法

表1 沼液主要水質(zhì)指標(biāo) (mg·L-1)

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)條件

2.1.1 pH值的影響

2.1.2 反應(yīng)體系時(shí)間的影響

圖1 pH值對(duì)殘氮量、殘磷量及和的去除影響

圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)殘氮量、殘磷量及和的去除影響

2.1.3 反應(yīng)物投配比的影響

圖3 /投配比對(duì)殘氮量、殘磷量及和的去除影響

2.2 沼液MAP沉淀物XRD分析

圖5為沉淀產(chǎn)物通過X射線衍射所得到的圖譜A，其掃描角度在15.663°，20.730°，21.309°，26.978°，30.525°，31.827°等處的特征峰與PDF標(biāo)準(zhǔn)卡片71-2089標(biāo)準(zhǔn)圖譜B高度一致，說(shuō)明樣品沉淀產(chǎn)物即為MgNH4PO4。

2.3 SEM形貌特征

圖6～圖8為在MAP法最優(yōu)條件下100 μm，10 μm及1 μm鏡檢下沉淀產(chǎn)物SEM分析，結(jié)晶產(chǎn)物主要呈現(xiàn)長(zhǎng)方體形和斜方形，為MAP主要形態(tài)[23]。

圖4 Mg2+/投配比對(duì)殘氮量、殘磷量及和的去除影響

圖5 分散式養(yǎng)豬場(chǎng)沼液沉淀產(chǎn)物XRD衍射圖譜

圖6 分散式養(yǎng)豬場(chǎng)沼液沉淀產(chǎn)物SEM衍射圖譜

2.4 分散式養(yǎng)豬場(chǎng)沼液MAP結(jié)晶法反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

動(dòng)力學(xué)是研究化學(xué)反應(yīng)變化機(jī)理的重要依據(jù)，是反映物質(zhì)隨時(shí)間變化非平衡的動(dòng)態(tài)體系。MAP結(jié)晶法反應(yīng)動(dòng)力學(xué)如公式(1)表示:

(1)

式中:dC/dt為沉淀反應(yīng)速率；C為反應(yīng)物的濃度，mg·L-1；t為反應(yīng)時(shí)間，min；K為反應(yīng)速率常數(shù)；n為反應(yīng)級(jí)數(shù)[24-26]。將公式(1)進(jìn)行積分可轉(zhuǎn)

圖7 分散式養(yǎng)豬場(chǎng)沼液沉淀產(chǎn)物SEM衍射圖譜

圖8 分散式養(yǎng)豬場(chǎng)沼液沉淀產(chǎn)物SEM衍射圖譜

化為公式(2):

(2)

y=-5.0175x+8.6954

相關(guān)性R2=0.9306，可表示為:

2.5 MAP結(jié)晶法回收分散式養(yǎng)豬場(chǎng)沼液中氮磷的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

養(yǎng)豬場(chǎng)沼液中含有大量的氮、磷元素，如果不經(jīng)處理直接排放，將會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)元素的大量流失，又會(huì)引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化，破壞水體的生態(tài)環(huán)境。因此，對(duì)于氮磷濃度較高的養(yǎng)豬場(chǎng)沼液只需投加適量的鎂鹽，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)膒H值，就能生成磷酸銨鎂，在處理養(yǎng)豬場(chǎng)沼液的同時(shí)還能對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行有效的回收。

圖沉降擬合動(dòng)力學(xué)曲線

3 結(jié)論

表2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

(3)經(jīng)MAP結(jié)晶法回收養(yǎng)殖場(chǎng)沼液中的氮磷，回收的MAP純度較高，可作為良好的緩釋肥料，對(duì)于MAP法日處理500 t·d-1沼液年收益可達(dá)634.6萬(wàn)元。本研究可為分散式養(yǎng)豬場(chǎng)糞污/秸稈混合發(fā)酵沼液資源化利用提供理論參數(shù)及為沼液處理工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)參數(shù)和工程調(diào)試參考，對(duì)于我國(guó)廣大農(nóng)村地區(qū)分散式養(yǎng)豬場(chǎng)糞污處置有一定的參考價(jià)值。