专利名称：鸟粪石沉淀法回收废水中氮磷时测定沉淀物组成的方法
技术领域：
本发明属于水污染控制与资源再生领域，是利用鸟粪石沉淀法回收废水中氮磷时测定沉淀物组成的方法。
背景技术：
废水中大量氮磷的存在是水体富营养化的主要原因之一，对水环境质量造成严重的负面影响，已成为当前重大的环境问题之一。氮磷是所有生命形式不可缺少的营养元素， 也是重要的化工原料，特别是自然界中磷矿石资源的有限性，使得实现磷资源的循环利用十分必要。鸟粪石(MgNH4PO4 · 6H20)沉淀法是将Mg2+加入到含有磷酸盐和氨氮的污水中， 反应生成难溶的鸟粪石沉淀。鸟粪石沉淀法不仅可以同时去除和回收氮、磷从而降低废水中的氮磷负荷，而且回收到的鸟粪石是一种高效的缓释肥，可以在农业上再次利用。一般说来，废水中除含有氮磷营养元素外，还含有Ca2+、Mg2+、C032_和S042_等多种离子。这些离子在氮磷回收时可能生成如磷酸钙、磷酸镁、碳酸镁、碳酸钙、硫酸钙等多种形式的沉淀物，会降低所回收的鸟粪石纯度，降低其农用肥效品质，影响其市场化应用的前景。 现有的文献中，利用X射线衍射法来定性分析废水氮磷回收所得沉淀物中的鸟粪石，其方法是比对鸟粪石标准谱图中特征峰的位置和强度来定性判断沉淀物中是否有鸟粪石存在。 还有文献通过测定沉淀物中NH/-N浓度来计算沉淀物中鸟粪石的含量。但是废水成分非常复杂，在鸟粪石形成条件下，同样会有复杂且不确定的沉淀物生成。如何定量判断利用鸟粪石法回收氮磷时沉淀物中各种组成和形态，是评估回收鸟粪石品质的前提。前述两种方法均不能准确判定其他可能存在的组分及其含量。到目前为止亦没有文献提出能够精确计算沉淀物中鸟粪石及其他可能组分含量的方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用鸟粪石沉淀法回收废水中氮磷时测定沉淀物组成的方法。所述方法为应用鸟粪石沉淀法对废水中的氮磷进行回收，所得沉淀固体在30 45°C条件下干燥2 12h ；取部分固体样品，用傅立叶红外光谱仪定性分析样品中可能存在的特征官能团，判断磷酸盐、硫酸盐、碳酸盐等无机盐是否存在，再用X射线衍射仪测试固体样品中可能存在的晶体物质；然后取部分固体样品，用酸溶解、定容，测定溶液中的N、P、 Mg、Ca等元素含量，计算各种元素的摩尔含量和摩尔比；通过分析以上测试结果即可确定沉淀物中存在的组分及其含量。本发明是在大量的试验测试及文献调研分析上得出的，具体原理包括以下几点(1)虽然废水水质复杂，Mg2+、Ca2+、NH4\ P043_与C032_、S042—等各种离子同时并存， 但大量的试验表明，在鸟粪石沉淀法这一反应体系中，没有任何形式的碳酸盐与硫酸盐沉淀化合物形成。因此，通过傅立叶红外光谱仪可判定沉淀物中是否有磷酸盐存在。(2)当Mg2+、NH4+与P043_共存时，在碱性条件下可能生成的沉淀物包括鸟粪石
3(MgNH3PO4 · 6H20)、MgHPO4 · 3H20、Mg3 (PO4) 2 · 8H20、Mg3 (PO4) 2 · 22H20 和 Mg (OH) 2，其中鸟粪石沉淀发生在pH8 11，MgHPO4 · 3H20沉淀发生在pH小于6，Mg (OH) 2在pHl 1时开始沉淀，而 Mg3(PO4)2 · SH2O与Mg3(PO4)2 · 22H20沉淀反应由于受动力学因素影响须经数天才发生；当 Ca2+ 存在时，可能会有 CaHPO4 · 2H20、Ca8 (HPO4)2(PO4)4 · 5H20、CaHPO4 和 Ca3 (PO4)2 · χΗ20 出现，其中 Ca8 (HPO4) 2 (PO4) 4 ·5Η20 在 ρΗ5 6 时沉淀，CaHPO4 ·2Η20 和 CaHPO4 在 ρΗ7 左右时发生沉淀，而Ca3(PO4)2 · XH2O(χ彡2)在pH8. 0时开始沉淀。大量研究表明，废水氮磷回收时鸟粪石反应体系PH值应控制在8. 0-10. 0，此时沉淀物仅可能含有鸟粪石(MgNH3PO4 · 6Η20) 和无定型磷酸钙(Ca3(PO4)2· XH2O)。因此，通过X射线衍射仪可判定沉淀物中是否有鸟粪石晶体存在。(3)用酸溶解沉淀物，测定溶液中的N、P、Mg、Ca等元素含量，通过计算N和Ca的摩尔量即可明确鸟粪石(MgNH3PO4 · 6Η20)和无定型磷酸钙(Ca3(P04)2*xH20)在沉淀物中各自的含量。本发明所提供的利用鸟粪石沉淀法回收废水中氮磷时测定沉淀物组成的方法，为测定沉淀物组分含量提供了有效的测定方法和步骤，能够填补废水氮磷回收时如何定量分析沉淀物各组分含量的研究空白，通过准确测定目标沉淀物中各组分含量，可以为评价所回收的鸟粪石品质提供可靠依据。
具体实施例方式实施例1:取冊4+、卩043\50:、0)32\]\%2+和032+浓度分别为40011^/1、10011^/1、8011^/1、10011^/ L、40mg/L和80mg/L，初始pH值为7. 5的畜禽养殖废水，调整pH值至8. 0，充分搅拌，然后加入一定浓度的MgCl2，控制N P Mg为8. 8 1 (1. 0 4. 0)，再滴加NaOH溶液，控制反应PH值8. 0和反应时间30min，静置60min，倒去上清液，然后将沉淀物在30 45°C 条件下干燥1 12h。取部分固体样品，用傅立叶红外光谱仪和X射线衍射仪分析固体中的特征官能团和晶体形态，再取部分固体样品，用硝酸溶解，测定溶液中的N、P、Mg、Ca等元素含量，计算各种元素的摩尔含量和摩尔比。结果表明，沉淀物中含鸟粪石3. 15mol/kg，含 Ca3 (PO4) 2 · XH2O 0. 53mol/kg。实施例2:取冊4+、卩043\50:、0)32\]\%2+和032+浓度分别为40011^/1、10011^/1、8011^/1、10011^/ L、40mg/L和80mg/L，初始pH值为7. 5的畜禽养殖废水，调整pH值至8. 5，充分搅拌，然后加入一定浓度的MgCl2，控制N P Mg为8. 8 1 (1. 0 4. 0)，再滴加NaOH溶液，控制反应PH值8. 0和反应时间30min，静置60min，倒去上清液，然后将沉淀物在30 45°C 条件下干燥1 12h。取部分固体样品，用傅立叶红外光谱仪和X射线衍射仪分析固体中的特征官能团和晶体形态，再取部分固体样品，用硝酸溶解，测定溶液中的N、P、Mg、Ca等元素含量，计算各种元素的摩尔含量和摩尔比。结果表明，沉淀物中含鸟粪石3. 12mol/kg，含 Ca3 (PO4) 2 · XH2O 0. 54mol/kg。实施例3:取冊4+、卩043\50:、0)32\]\%2+和032+浓度分别为40011^/1、10011^/1、8011^/1、10011^/ L、40mg/L和80mg/L，初始pH值为7. 5的畜禽养殖废水，调整pH值至9. 0，充分搅拌，然后加入一定浓度的MgCl2，控制N P Mg为8. 8 1 (1. 0 4. 0)，再滴加NaOH溶液，控制反应PH值8. 0和反应时间30min，静置60min，倒去上清液，然后将沉淀物在30 45°C 条件下干燥1 12h。取部分固体样品，用傅立叶红外光谱仪和X射线衍射仪分析固体中的特征官能团和晶体形态，再取部分固体样品，用硝酸溶解，测定溶液中的N、P、Mg、Ca等元素含量，计算各种元素的摩尔含量和摩尔比。结果表明，沉淀物中含鸟粪石2. 93mol/kg，含 Ca3 (PO4) 2 · XH2O 0. 70mol/kg。实施例4:取冊4+、卩043\50:、0)32\]\%2+和0&2+浓度分别为40011^/1、10011^/1、8011^/1、10011^/ L、40mg/L和80mg/L，初始pH值为7. 5的畜禽养殖废水，调整pH值至9. 5，充分搅拌，然后加入一定浓度的MgCl2，控制N P Mg为8. 8 1 (1. 0 4. 0)，再滴加NaOH溶液，控制反应PH值8. 0和反应时间30min，静置60min，倒去上清液，然后将沉淀物在30 45°C 条件下干燥1 12h。取部分固体样品，用傅立叶红外光谱仪和X射线衍射仪分析固体中的特征官能团和晶体形态，再取部分固体样品，用硝酸溶解，测定溶液中的N、P、Mg、Ca等元素含量，计算各种元素的摩尔含量和摩尔比。结果表明，沉淀物中含鸟粪石2. 61mol/kg，含 Ca3 (PO4) 2 · XH2O 1. 35mol/kg。
权利要求
1.一种在利用鸟粪石沉淀法回收废水中氮磷时测定沉淀物组成的方法，其特征在于所述方法步骤为应用鸟粪石沉淀法对废水中的氮磷进行回收，所得沉淀物在一定条件下进行干燥，用傅立叶红外光谱仪和X射线衍射仪分析固体中的特征官能团和晶体形态；然后用酸溶解固体，测定溶液中的N、P、Mg、Ca等元素含量，计算各种元素的摩尔含量和摩尔比； 通过分析上述测试结果即可确定沉淀物中存在的组分及其含量。
2.根据权利要求1所述的一种在利用鸟粪石沉淀法回收废水中氮磷时测定沉淀物组成的方法，其特征在于所述鸟粪石沉淀法所需的反应PH值为8. 0 10. 0。
3.根据权利要求1所述的一种在利用鸟粪石沉淀法回收废水中氮磷时测定沉淀物组成的方法，其特征在于所述沉淀物干燥条件为温度30 45°C，干燥时间2 12h。
4.根据权利要求1所述的一种在利用鸟粪石沉淀法回收废水中氮磷时测定沉淀物组成的方法，其特征在于所述的酸可以是盐酸、硝酸和硫酸等强酸。
5.根据权利要求1所述的一种在利用鸟粪石沉淀法回收废水中氮磷时测定沉淀物组成的方法，其特征在于将红外光谱仪、X射线衍射仪和酸解法组合起来分析沉淀物中的特征官能团、晶体形态和各元素摩尔含量。
全文摘要
一种在利用鸟粪石沉淀法回收废水中氮磷时测定沉淀物组成的方法，属于水污染控制与资源再生领域。本发明所述方法为应用鸟粪石沉淀法对废水中的氮磷进行回收，所得沉淀固体用傅立叶红外光谱仪和X射线衍射仪分析固体中的特征官能团和晶体形态；用酸溶解固体，测定溶液中的N、P、Mg、Ca等元素含量，计算各种元素的摩尔含量和摩尔比；通过分析上述测试结果可得沉淀物中存在的组分及其含量。本发明能够填补废水氮磷回收时如何定量分析沉淀物各组分含量的研究空白，为评价所回收的鸟粪石品质提供可靠依据。
文档编号G01N23/20GK102455285SQ201010526170
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者叶志隆, 王淑梅, 石建稳, 芦敏, 陈少华, 鲍小丹 申请人:中国科学院城市环境研究所