镁改性硅藻土回收废水氮磷产物对水中Pb2+和Zn2+的去除

通过使用镁改性硅藻土回收废水中的氮磷营养素,优化制备了一种复合材料（D-MAP）,并将其用于废水中重金属Pb²⁺和Zn²⁺的去除.研究探讨了材料投加量、反应时间、反应温度和溶液初始pH等因素对Pb²⁺和Zn²⁺在D-MAP上吸附的影响.D-MAP吸附去除Pb²⁺和Zn²⁺的最优条件为：D-MAP投加量分别为0.25 g·L^-1和0.30 g·L^-1,Pb²⁺和Zn²⁺初始浓度分别为300 mg·L^-1和60 mg·L^-1,溶液初始pH为5.0.在此条件下,其对Pb²⁺和Zn²⁺去除率分别可达78.67%和89.66%.动力学和热力学的结果表明,D-MAP对Pb²⁺和Zn²⁺的吸附更符合准二级动力学模型;其吸附等温线可用Langmuir模型描述,吸附是自发吸热的过程.Langmuir等温拟合结果指出,D-MAP对Pb²⁺和Zn²⁺的最大吸附容量分别为901.0 mg·g^-1和206.2 mg·g^-1.使用SEM/EDS、XRD和FT-IR等手段对吸附Pb²⁺和Zn²⁺前后的吸附剂进行表征,结果表明,D-MAP是一种鸟粪石-硅藻土复合材料,可通过与Pb²⁺和Zn²⁺生成Pb₁₀（PO₄）₆（OH）₂和Zn₃（PO₄）₂·2H₂ O去除废水中Pb²⁺和Zn²⁺.D-MAP对Pb²⁺和Zn²⁺的去除效果随着pH的增加而增加,且最终产物形态随pH不同产生变化.     

联合镁盐处理氮磷废水的研究

在苦土粉、苦土粉与MgCl2联用分别为镁源的条件下,研究二者对模拟废水中氮、磷去除的影响。结果表明,单独使用苦土粉时,苦土粉最佳投加质量为1.0 g,此时,Mg投加浓度为18.75 mmol/L,平衡时间为60 min,氮、磷去除率分别为79.9%,84.0%;然而,苦土粉与MgCl2联用时,苦土粉最佳投加质量为0.8 g和MgCl2最佳投加浓度为3mmol/L,此时,Mg投加浓度为18 mmol/L,平衡时间为40 min,氮、磷去除率分别为87.7%,92.1%。对比分析可知,苦土粉与MgCl2联用时,所用镁较少,反应速率较快,水中氮、磷的去除率显著提高。     

剩余污泥的水解与氮磷回收

传统污水好氧生物处理过程中产生大量剩余污泥,这些污泥有机质中富含大量的氮磷元素。随着剩余污泥的消化并最终处置,大量的氮磷资源被白白浪费。在污泥消化过程中有机态氮磷可以在水解类细菌的水解作用下最终以氨氮和磷酸盐的形式溶出。当水解液中氨氮和磷酸盐达到一定浓度时,投加镁盐并调节pH,生成鸟粪石沉淀。鸟粪石作为一种缓释肥具有良好的经济效益。从资源回收的角度看,对剩余污泥水解酸化阶段研究有利于实现剩余污泥中氮磷资源的有效回收。     

载镁天然沸石复合材料对污水中氮磷的同步回收

采用载镁天然沸石为沉淀剂,以鸟粪石的形式回收模拟污水中的营养物质,考察了投加量、溶液pH、反应时间和共存Ca~(2+)对回收过程的影响,并利用FTIR、XRD、BET和SEM等手段对回收沉淀产物进行了化学组分和表面形貌分析,以揭示其回收机制.结果表明当材料投加量为0.4 g·L~(-1),溶液初始pH为7,反应时间为2 h时,载镁天然沸石对溶液中磷酸盐和氨氮的回收性能最佳,最大吸附量分别高达119.2 mg·g~(-1)和48.5 mg·g~(-1).载镁天然沸石对溶液中磷酸盐和氨氮的回收过程均符合拟二级动力学模型(R~20.99).载镁天然沸石对污水中营养物质的回收机制有鸟粪石化学沉淀、物理吸附、离子交换和静电吸附等,其中以鸟粪石沉淀法为主.共存Ca~(2+)会干扰载镁沸石对溶液中氮磷的同步回收,导致回收的沉淀组分除鸟粪石晶体外,还会存在部分磷酸钙等副产物.     

水生植物生物质炭去除水体中氮磷性能

在富营养化水体的生物修复中,将产生大量的水生植物,如何进行合理的处置是需要解决的问题.本文采用水生植物制得生物质炭,并通过镁改性,提高了生物质炭对水体中氮磷的吸附性能.材料性质表征结果表明,镁改性不仅在生物质炭表面形成纳米MgO片层,增加比表面积,而且引入了羟基官能团促进对铵态氮的吸附.改性生物质炭对硝态氮和铵态氮的吸附过程均属于多层吸附,吸附等温线符合Freundlich模型.改性后生物质炭对磷的吸附机制由单层吸附变为多层扩散.改性生物质炭对硝态氮、铵态氮和磷的最大吸附量分别为5. 66、62. 53和90. 92 mg·g~(-1),其中对铵态氮的吸附量是未改性生物质炭的178倍.在磷、硝态氮和铵态氮共存时,改性生物质炭对其吸附量分别增加79. 1%、67. 5%和47. 1%.本文结果表明通过生物质炭制备可以实现水生植物资源化,并可回用于水体氮磷污染的修复,具有很好的应用前景.     

鸟粪石法回收养猪废水中氮磷时产物的组分与性质研究

为了探究鸟粪石法回收养猪废水中氮磷时产物的组分与性质,利用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和物料衡算,分析了不同工艺条件下回收产物的化学组分,利用扫描电镜-能谱(SEM-EDS)和激光粒度仪表征了不同条件下回收产物的形貌、粒度和元素组成.结果表明:各条件下废水中PO3-4-P去除率均超过93％,而NH+4-N去除率在28％左右;回收产物中主要为棒状鸟粪石(MgNH4 PO4·6H2O)晶体,同时还存在少量磷酸钙(Ca3(PO4)2·xH2O,ACP)和氢氧化镁(Mg(OH)2)等无定形颗粒;回收的鸟粪石纯度最高为87.72％,颗粒体积平均粒径最大为110 μm;鸟粪石纯度和颗粒粒度与反应液pH和进水PO3-4-P浓度相关,反应液pH由8.5±0.2升至9.5±0.2,鸟粪石纯度降低,粒度减小;进水PO3-4-P浓度由55.29 mg·L-1升至81.98 mg·L-1,鸟粪石纯度增大,粒度减小.     

鸟粪石法处理高浓度氮磷废水的动态试验研究

本研究以实验室模拟的高浓度氮磷废水为研究对象,采用折流式反应器,探讨了在动态条件下,pH、Mg：P、N：P及水力停留时间对鸟粪石法脱氮除磷的影响。试验结果表明：对于氨氮的去除率,以上四个因素影响相当;对于磷的除率,各因素的影响大小为：N：P〉pH〉Mg：P〉水力停留时间。当模拟水样中的TP浓度为310mg／l,pH为9．7,水力停留时间为60min,Mg：N：P=1．2：1．2：l时,氨氮和磷的去除率分别可高迭85．8％和86．3％。     

生物质炭覆盖对太湖沉积物-水界面氮磷迁移与转化的影响

沉积物内源释放极易造成浅水富营养化湖泊的二次污染问题.选取3种生物质炭(果壳生物炭、藻泥生物炭、污泥生物炭)对太湖沉积物进行覆盖模拟实验,利用营养通量模型计算沉积物-水界面的氮磷释放通量,探讨不同生物质炭对沉积物内源释放与菌群演替的影响.结果表明,果壳炭对沉积物TN和NH₄⁺-N平均释放通量削减百分比最高,分别为56.8%±0.1%和71.7%±0.1%;藻泥炭对沉积物NO₃^--N平均释放通量的削减百分比最高,为83.6%±0.6%;污泥炭则对沉积物的TN、NH₄⁺-N和NO₃^--N平均释放通量均有显著削减,且TP平均释放通量比果壳炭和藻泥炭分别减少50.4%±0.1%和8.0%±0.3%.同时,覆盖污泥炭的沉积物中微生物α多样性最高,且参与硝化反硝化和有机物降解的微生物Bacteroidetes和Chloroflexi丰度比对照组分别增加23.2%和20.5%.综上所述,污泥炭具有良好的富营养化湖泊沉积物修复潜...     

强化磷酸铵镁法回收源分离黄水中氮磷的试验研究

为强化氮磷的回收与资源化利用,采用磷酸铵镁法处理源分离黄水。分析了p H值、Mg∶N∶P(摩尔比)、搅拌时间、搅拌速度、温度等因素对氮磷回收效果的影响,考察了p H值调节方式对氮磷回收的强化作用。结果表明:p H值调节方式和Mg∶N∶P是影响氮磷回收效果的主要因素;改善pH值的调节方式可以提高氮磷回收率并节省镁源和磷源的投加;在初始pH值为9且首次反应结束后pH值回调至9、Mg∶N∶P=1.1∶1∶1的条件下,氮、磷回收率分别达到82.6%和94.5%,获得的沉淀晶体呈斜方晶型且杂质较少。     

MgO改性赤泥复合材料对废水中氮磷的同步回收

为处理高浓度氮磷废水同时实现赤泥资源化利用,通过赤泥负载氧化镁制备高效氮磷回收材料(MgO-RM),用以对废水进行氮磷同步回收.考察了废水初始pH值、废水氮磷比和MgO-RM投加量对氮磷同步回收效果的影响.采用动力学模型和等温吸附模型对回收特性进行了描述,在此基础上利用FTIR、XRD、SEM、BET测试手段对MgO-...     

载氧化镁水生植物生物炭的特性表征及对水中磷的吸附

为去除富营养化水体中的磷并实现水生植物的资源化利用,以水生植物芦苇和互花米草为原材料,通过MgCl_2改性制备了不同Mg~(2+)和植物配比的共12种生物炭,考察对水体中磷的吸附能力及镁改性前后生物炭特性的差异.结果表明,当Mg~(2+)与芦苇、Mg~(2+)与互花米草的质量比为0.48、0.36时,制得的两种生物炭对20 mg·L~(-1)磷的吸附能力最强,分别为8.52 mg·g~(-1)和9.21 mg·g~(-1),是未改性时的79倍和66倍;对溶液中20mg·L~(-1)磷的去除率分别达到85.2%和92.1%.改性后芦苇和互花米草生物炭C、H、N含量减少,Mg含量分别增加到22.77%和23.46%.芦苇生物炭改性后比表面积减小了118.71 m~2·g~(-1),互花米草生物炭增加了22.59 m2·g~(-1);二者孔容和平均孔径均有所增加.改性前后生物炭的表面官能团种类相同.XRD测试指出MgO为改性生物炭的复合纳米颗粒中最主要的晶相;SEM展现了布满MgO的改性生物炭表面及孔道.机理分析表明,MgO是生物炭吸附磷的关键.     

磷酸铵镁结晶法去除和回收养猪废水中营养元素的实验研究

以模拟养猪废水为处理对象,进行了磷酸铵镁结晶小试实验,考察了pH值、NH4 、Mg2 、Ca2 和CO23-浓度对磷酸铵镁结晶反应的影响;利用扫描电镜-能谱分析仪(SEM-EDX)和X射线衍射仪(XRD)对结晶产物进行了表征.结果表明,磷酸铵镁结晶反应的最佳pH值范围为9.5～10.5;随着NH4 与磷摩尔比的增加,磷的去除率增大;最佳的镁与磷的摩尔比为1.4:1,过高的镁盐投加量对提高反应效率作用不明显;Ca2 的存在对磷酸铵镁结晶产物的晶形、纯度均产生干扰,当Ca2 增至一定浓度时,反应将生成无定形的磷酸钙沉淀;CO2-3的存在会降低磷的去除率,但不影响磷酸铵镁的晶形与纯度.     

改性生物炭对弱碱性Cd污染土壤钝化修复效应和土壤环境质量的影响

通过大田示范试验,研究了钙基改性生物炭对弱碱性Cd污染土壤的钝化修复效应及对土壤理化性质、团聚体结构、土壤酶活性和玉米体内Cd累积特征的影响.结果表明,向弱碱性土壤中添加改性生物炭提高了土壤pH值、有效态阳离子交换量和有机质含量.与对照相比,添加钙基改性生物炭后土壤有效态Cd（DTPA-Cd）含量的降幅达到12.0%~30.2%,且Cd赋存形态由活性较高的可交换态和可还原态向更稳定的残渣态转变.改性生物炭的施加明显降低了Cd在植物体内富集的风险,玉米根、茎、叶和籽粒中Cd含量明显受到抑制,3种玉米品种籽粒中Cd含量较对照分别下降了52.65%~72.56%（郑单958）、37.54%~50.80%（蠡玉16）和23.60%~51.20%（三北218）.添加改性生物炭在一定程度上改善了土壤环境质量,土壤过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性随着改性生物炭施加量的增加呈逐渐升高的趋势.改性生物炭处理下,5~8 mm和2~5 mm粒级团聚体所占比例增加,而≤ 0.25 mm粒级团聚体占比有所下降,团聚体平均几何直径（GMD）和平均质量直径（MWD）分别增加了10.35%~29.34%和13.20%~27.03%,显示土壤团聚体稳定性增加.玉米籽粒中（郑单958）Cd含量与土壤有效态Cd含量呈显著负相关关系（p<0.01）.研究表明,钙基改性生物炭在钝化修复弱碱性Cd污染土壤和改善土壤环境质量方面具有一定的研究前景和可行性.     

改性生物炭对水体中头孢噻肟的吸附机制

采用液相浸渍方法制备3种改性生物炭,采用红外光谱、扫描电镜、比表面积测定仪和元素分析仪等手段表征生物炭表面结构形貌和组成.以头孢噻肟为探针分子,考察改性生物炭对头孢噻肟的吸附性能及吸附影响因素,并探究其吸附机理.结果表明,30min时碱改性生物炭（BC-NaOH）对头孢噻肟的吸附率为83%,符合伪二级动力学方程（R²>0.99）,吸附率显著大于其他几种材料.热力学研究表明,BC-NaOH吸附头孢噻肟是自发放热过程.基于反应热力学及吸附率影响因素分析,得出BC-NaOH吸附头孢噻肟的机理是疏水亲和作用和静电引力.     

三种有机酸对磷酸钙法回收模拟养猪场污水中磷的影响

采用磷酸钙(Calcium Phosphate,CP)结晶法回收模拟养猪场污水中的磷,考察了不同pH值条件下,3种有机酸(柠檬酸、丁二酸和乙酸)对模拟污水中磷去除率的影响,并利用扫描电镜和X射线衍射仪对结晶产物进行了表征.结果表明,CP结晶反应的最佳pH值约为9.5.在相同pH值条件下,柠檬酸对CP结晶反应中磷的去除效率和速率均有显著影响,高浓度柠檬酸能够完全抑制CP结晶反应,导致磷的去除率小于5%.相比之下,丁二酸和乙酸对磷的去除效率和速率影响不明显.3种有机酸对CP结晶产物的形状没有明显影响,所得产物均呈不定形的块状,但产物体积大小会随有机酸浓度升高而明显减小.不同浓度丁二酸和乙酸存在条件下均能得到羟基磷酸钙(Hydroxylapatite,HAP)晶体,但柠檬酸的存在会影响所得产物晶形.     

磷回收技术的研发现状及发展趋势

磷是地球上一种不可自然再生的有限资源,磷的这一属性近年来已诱使国际磷矿石价格一路飙升,较10年前翻了6番.与此同时,全球范围内普遍存在着陆地磷矿产资源日益匮乏与水环境中磷含量过高而导致水体富营养化这一矛盾.这样的资源与环境现状目前正推动着以"回收"磷代替"去除"磷之理念的快速传播与研发技术的实际应用;从污水以及动物粪尿中发掘"第二磷矿"的设想目前正被国际社会所日益青睐.2009年5月"第4届从污水中回收营养物国际会议"高度浓缩了当今世界有关磷回收技术的研发与应用现状.以此次会议内容为主线,结合其他方面最新研究与应用成果,首先对磷回收偏爱产物——鸟粪石形成的pH等重要反应条件之基础性研究成果进行了概述.其次,详细阐述了磷回收技术的研发进展,除传统的化学沉淀、结晶、吸附/解吸附等方法外,还着重介绍了尿液源分离、MBR、纳米技术、丝状聚磷微生物、生物浸取/生物富集、生物铁工艺等新型磷回收技术,以及动物粪尿磷回收、污泥及肉骨焚烧灰回收磷与生物质磷回收技术.最后,以实例说明磷回收产物在农业和水产养殖业方面的尝试效果,并对磷回收未来技术发展趋势进行了宏观展望.     

Recovery of phosphorus as struvite from sewage sludge ash

Phosphorus (P) is an element vital for all living organisms, yet the world's reserves of phosphate rock are becoming depleted. This study investigated an effective P recovery method from sludge ash via struvite precipitation. Results showed that more than 95% of the total P content was extracted from sludge ash by applying 0.5 mol/L HCl at a liquid/solid ratio of 50 mL/g. Although heavy metal leaching also occurred during P extraction, cation exchange resin efficiently removed the heavy metals from the P-rich solution. Orthogonal tests showed that the optimal parameters for P precipitation as struvite would be a Mg:N:P molar ratio of 1.6:1.6:1 at pH 10.0. X-ray diffraction analysis validated the formation of struvite. Further investigations revealed that the harvested precipitate had a high struvite content (97%), high P bioavailability (94%), and low heavy metal content, which could be considered a high quality fertilizer.