徐州工程学院环境工程学院，江苏徐州，221018；
摘要：磷作为自然界一种不可再生的资源，全球普遍存在着磷矿产资源的日益匮乏与水体富营养化这两类问题。我国积极推动着以“回收”磷代替“去除”磷的理念。经调查研究分析，我国对磷资源的回收普遍采用鸟粪石沉淀法。由于在鸟粪石的影响因素中，pH首当其冲被认为是最为重要的工艺控制因子，故本文着重阐述在不同pH下对反应速率，鸟粪石纯度和磷回收率的影响（以鸟粪石纯度＞90％和磷去除率＞90％为判别标准）。最后，对磷回收技术的发展趋势提出建议。
关键词：磷回收；鸟粪石；PH；反应速率；鸟粪石纯度
The research status of phosphorus recovery by the optimal pH of guano sedimentation.
JI xin,Liujia-qiang,Zhangyu-tian,TAN Zhen-zhen,Zhaoyi-jing
( Xuzhou Institute of Technology Environmental Engineering,Jiangsu Xuzhou 221018)
Abstract: Phosphorus is a non-renewable resource in nature, and there are two kinds of problems, such as the shortage of phosphorus mineral resources and the eutrophication of water bodies. China actively promotes the concept of "recycling" phosphorus instead of "removing" phosphorus. According to the investigation and analysis, the recovery of phosphorus resources in China is generally adopted by guano sedimentary method. Because in the influence factors of struvite, bear the brunt of the pH is considered to be the most important process control factor, this paper focuses on the reaction rate under different pH, struvite purity and the influence of phosphorus recovery rate (in struvite purity > 90% and > 90% removal rate of phosphorus as the discriminant standard). Finally, the development trend of phosphorus recovery technology is proposed.
Key words: phosphorus recovery; Struvite; PH; Reaction rate; Guano purity
1.引言
磷的生化循环是单向流动的，因此是一种难以再生的资源。废水排放量较大且磷污染物含量较高，从而导致水体富营养化等污染问题不断恶化，严重影响人们的生活生产安全。对于人类社会的发展而言，实现磷元素再利用的迫切性可想而知。
目前，我国除磷技术采用比较广泛的是生物除磷即采用聚磷菌、人工湿地等方式进行除磷；化学法除磷即加入化学试剂如铁盐和铝盐等物质进行沉淀除磷等。这种方法虽然能将磷去除，使污水中的磷达标排放，但是其对于磷资源的回收和利用比较欠缺。
鸟粪石(Struvite，简称MAP)是一种白色晶体物质，分子量245．43（），密度1.711（），难溶于水，易溶于酸。很多因素会影响形成鸟粪石的反应，其中包括构晶离子浓度()、pH值、温度和反应时间等。
2.PH对鸟粪石法回收磷的影响
pH值是反应的关键因素之一，不同的pH值条件下磷回收率差别非常大。生成鸟粪石的同时，随着pH值的升高磷的回收率也随着升高，由于产物中氨氮含量的减少导致鸟粪石的纯度也随之相应降低。因此，控制适当的pH值是关键，pH值处于酸性阶段时生成鸟粪石的反应速率太慢，导致鸟粪石晶核无法形成；但pH值过高也不好，若pH值处于9以上时，鸟粪石纯度会随之越来越低，特别是在自来水体系下，鸟粪石的纯度会明显下降。
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导致这个现象发生的原因一是反应中存在着如下平衡，如式l-1
溶液pH值的升高使平衡正向移动，溶液中的生成氨气挥发出来,导致的含量减少。二是pH值上升时会产生大量的磷酸镁、氢氧化镁以及氢氧化钙等杂质。
3.国内外研究现状
迄今为止，仍然有很多学者认为鸟粪石形成在pH较高的条件下更加有利。关于最优pH值，不同研究者得出的结论也不尽相同，Harada等2006年提出形成鸟粪石的最优pH为9.4-9.7，Munch等2011年提出形成鸟粪石的最优的pH为9.0，Janus等1997年提出形成鸟粪石的最优的pH为9.5，Booker等1999年提出形成鸟粪石的最优pH为8.5-10.0。综上所述，很多国外的研究者普遍认为最佳pH范围在8.5-10.0。
申天尧等通过对化学元素分析法验证不同pH下生成鸟粪石沉淀的反应，从而确定只有在pH=7.5～8.0的低pH条件下，才能使干扰离子的影响最小化。考虑到pH值在此范围内，会降低鸟粪石的生成速率，在pH=7.5-8.0条件下，在形成鸟粪石沉淀的过程中可人为投入晶种来减少形成晶核的时间。经过实验证明纯水体系下，保持pH等于7.5、水温25℃，反应达到平衡的时间可由45 min减少到20min。鸟粪石晶种的最佳投加量为O.5g／L。
林金清等提出pH值越来越大，会使鸟粪石晶体的粒径和沉降速度越来越大，但是pH＞9.0时粒径和沉降速度又随之减小。当发生装置中充满填料并且通入空气的条件下，当pH=9.0时，沉降速度可达m/s。由此可得生成鸟粪石晶体存在着最适pH范围，当溶液偏酸或偏碱时，都会导致鸟粪石晶体粒径的降低。综上所述，在实际生产中要综合考虑最适宜的pH值，使得鸟粪石晶体的粒径尽可能增大从而便于沉淀。
张玉生等提出pH 在8.0～10.0之间时，耗碱量随pH值的增大而急剧增加，pH=9.0时的耗碱量约为pH= 8.0时的3倍，pH=10.0时的耗碱量约为 pH =8.0时的5倍，说明出水pH值越大耗碱量越多，这是因为废水中的磷酸根和氨氮的存在形式与pH有关，而从低pH的离子状态转变为高pH的离子状态都是耗碱过程。为了节省耗碱成本，在实际磷回收时pH值应控制在9.2～9.3为宜。
3.结论
（1）虽然pH偏中性时可生成纯度较高的鸟粪石晶体，但是，生成鸟粪石的反应速率也会随之降低。因此，应深入探讨在pH偏中性条件下如何加快反应速率的问题。
（2）产物鸟粪石中富含氮、磷、镁等营养元素，是一种良好的缓释肥，建议对鸟粪石的肥效进行实验，同时应探讨和设计实验鸟粪石实现工业化的生产工艺。
（3）在对鸟粪石纯度要求较低，但对磷的去除率和反应速率要求较高的情况下，可以考虑适当将反应pH值提高。
（4）可以根据反应原理设计一个合成鸟粪石的反应器，使其具备良好的环境与经济效益。
目前，对于鸟粪石法对磷回收的研究还不够成熟，很多对鸟粪石最佳反应条件等研究结论尚未达成一致，我国对鸟粪石法回收磷的研究才刚刚起步，因此，对鸟粪石沉淀形成的影响因素进行系统的研究，为工业化应用提供理论依据和支持就显得尤为重要。
参考文献
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作者简介：季鑫，男，本科，主要从事水处理理论与技术研究。Tel：15720789606，E-mail：804443451@qq.com。通讯地址：江苏省徐州工程学院中心校区环境工程学院
论文作者:季鑫 刘加强 张豫天 谭珍珍 赵一静
论文发表刊物:《科技新时代》2018年8期
论文发表时间:2018/10/23
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