碳酸根对磷酸盐结晶法污水磷回收的影响与工艺调控

针对磷酸盐结晶法污水磷回收体系中共存碳酸根的影响问题，开展碳酸根对磷酸盐结晶反应热力学、动力学和对产物性质的影响，以及碳酸根干扰作用的消除和磷酸盐结晶工艺的调控研究。利用PHREEQC水质模型计算法和模拟水样结晶实验法，研究磷酸钙和磷酸铵镁结晶的热力学边界条件和碳酸根对其造成的影响；分别利用模拟水样和实际污水进行磷酸盐结晶实验，研究碳酸根对磷酸盐结晶动力学过程的影响，获取结晶反应动力学方程，利用XRD、SEM-EDX、FTIR等仪器手段对结晶产物进行表征，推断碳酸根对结晶反应过程和产物造成影响的机理；研究利用磷酸盐溶液对碳酸盐矿物晶种改性、应用水热分解晶化法合成硅酸钙晶种的方法，优选降低和消除碳酸根对磷酸盐结晶影响的晶种，提出碳酸根共存下磷酸盐结晶的调控措施。最终阐明碳酸根对磷酸盐结晶过程和产物的影响规律，提出降低和消除碳酸根影响的磷酸盐结晶法污水磷回收的优化工艺和参数。

项目针对磷酸盐结晶法污水磷回收体系中共存碳酸根的影响问题，开展了碳酸根对磷酸盐结晶反应热力学、动力学和对产物性质的影响，以及碳酸根干扰作用的消除和磷酸盐结晶工艺的调控研究。利用PHREEQC 水质模型计算法和模拟水样结晶实验法，研究了磷酸钙（CP）和磷酸铵镁（MAP）结晶的热力学边界条件和碳酸根对其造成的影响；分别利用模拟水样和实际污水进行磷酸盐结晶实验，研究碳酸根对磷酸盐结晶动力学过程的影响，获取结晶反应动力学方程，利用XRD、SEM-EDX、FTIR 等仪器手段对结晶产物进行表征，推断碳酸根对结晶反应过程和产物造成影响的机理。研究了赤泥对磷酸盐结晶的促进作用，进行了赤泥热改性及其结晶诱导效应研究；合成了雪硅钙石，研究了其磷酸盐结晶诱导效应；优选出白云石石灰作为晶种，开发了流化床磷酸盐结晶反应器。主要结论有：碳酸根通过与磷酸根竞争钙镁离子，降低磷酸钙镁盐结晶沉淀的热力学驱动力，相应地降低了磷酸钙镁盐结晶反应动力学速度；提高溶液pH值和钙镁盐浓度，可以降低碳酸根对磷酸根结晶效率的影响，但对CP结晶反应高pH会增加产物中碳酸钙杂质含量，对MAP反应最佳pH仍为9.5。碳酸根影响磷酸钙CP结晶沉淀的形态和组分；虽然它也降低磷酸铵镁MAP的结晶速度和晶体粒度，但不影响MAP形态和组分。热改性赤泥可以提高MAP结晶效率10%以上。合成雪硅钙石释出钙离子和碱度，促进磷酸钙镁结晶，适宜的pH值为8.0左右，可耐受10mM以下的碳酸根干扰。白云石石灰是一种集沉淀剂和晶种于一体的高效磷去除与回收药剂，但产物中碳酸钙杂质过高的问题有待解决。本项目培养硕士研究生6名；发表学术论文21篇，其中SCI论文4篇。