膜蒸馏-磷酸钾镁结晶回收尿液废水中氮磷钾的过程调控与协同作用机理

Nowadays，recovery of energy and resource attract more and more attention during wastewater treatment processes. Urine is especially rich in N, P and K, so its nutrients recovery can reduce both the water pollution risk and alleviate P and K resources shortage. A novel technology integrated membrane distillation (MD) and magnesium potassium phosphate (MPP) crystallization is put forward, aims to achieve the total recovery of N, P and K from urine. In the proposed project, key controlling factors affecting ammonia mass transfer and membrane fouling mechanisms in MD process will be investigated. Furthermore, the strengthen method of MPP crystallization and its mechanism in the case of multi-factors will be studied to establish the relationship between MD and MPP crystallization. The ultimate goal of the project is to disclose the synergistic mechanism of MD-MPP, which would contribute the knowledge of process control and optimization, and thus realize the recovery of N, P and K with high efficiency. This project provides a new method for nutrients recovery from urine, in which the significant value for research and practical application is obvious.

污水处理过程中的能源与资源回收受到越来越多的关注。尿液废水中含有丰富的氮磷钾元素，若能实现回收利用，不但可降低地表水体污染的风险，而且可在一定程度缓解磷、钾等矿石性资源紧张的压力。本项目提出 “膜蒸馏-磷酸钾镁结晶”耦合技术进行尿液废水中氮磷钾的全部回收。一方面识别尿液废水多元体系中氨氮跨膜传质的制约性因素，解析膜污染行为机理及防控策略；另一方面探讨多因素干扰下磷酸钾镁的结晶过程强化方法与机制。基于上述两方面的研究，解析膜蒸馏与磷酸钾镁结晶耦合的科学内涵和协同作用机理，通过过程的优化调控，最终实现氮磷钾的高效回收。本研究为尿液废水的处理提供了新的思路与方法，有望推动尿液废水资源化的关键技术的构筑，具有重要的科学与实际意义。

污水处理过程中的资源回收受到广泛的关注。尿液废水中含有丰富的氮、磷、钾，若能实现回收利用，不但可降低地表水体污染的风险，而且可在一定程度缓解磷、钾等矿石性资源紧张的压力。本项目提出了中空纤维膜接触器（HFMC）和化学结晶耦合分步回收尿液废水中氮、磷、钾的技术思路，并针对该技术应用的科学问题开展了系列研究。一方面，通过识别尿液废水多元体系中氨氮跨膜传质的制约性因素，构建了传质模型，实现了氨在HFMC中传质系数的定量表达，进而提出了基于传质系数的多级中空纤维膜接触系统的优化设计方法，实现了尿液中氨氮的高效回收；此外，识别出高碱性有利于HFMC同步实现氨氮回收和膜污染缓解这一现象，并从微观角度解析了其内在机理，以上研究结果对基于HFMC的氨氮回收工艺构筑具有重要指导意义。另一方面阐明了多因素干扰下磷酸钾镁的结晶过程强化方法与机制，构建了一体式“中空纤维膜接触器-化学结晶”反应器，阐明了HFMC与磷酸钾镁结晶耦合的科学内涵和协同作用机理，提出了优化调控策略，最终实现了尿液废水中氮、磷、钾的高效回收。最后，对回收产物的实际肥效开展了研究，阐明了回收产物在应用过程中的迁移转化规律和对作物的促进效果。以上研究结果为尿液废水资源化技术的推广应用奠定了坚实的科学基础。