溶液条件对磷酸钙沉淀法回收磷的影响

第7卷第3期2007年6月安全与环境学报Joumal0fS如tyandEnvimnmentV01．7No．3Jun，2007文章编号：1009—6094(2007】03．0058．05溶液条件对磷酸钙沉淀法回收磷的影响*高英1，一，叶荣1，宋永会2，袁鹏2(1中国地质大学地球科学与资源学院，北京100083；2中国环境科学研究院水污染控制技术研究室，北京100012)摘要：磷酸钙沉淀法是从富磷废水中回收磷的主要工艺。为优化工艺，利用批次沉淀实验、热力学模拟计算和x一射线衍射法研究了溶液pH值、初始c∥P物质的量比、碳酸根和腐殖质浓度对磷酸钙沉淀的影响。结果表明，初始ca／P物质的量比为l，67，磷酸根浓度为O．35mmoL／L、0．70nHnol／L、1．4“lⅡ10vL时，能够实现快速反应的最小pH值分别为9．5、9．0和8．o。最终沉淀产物以热力学上最稳定的羟磷灰石形态存在。pH=8．0时，碳酸根和腐殖质会抑制磷酸钙沉淀反应；但pH>9．O时，它们对反应的影响甚小。提高溶液pH值和c∥P物质的量比均可降低干扰，有效提高沉淀反应效率。调控溶液pH值和ca／P物质的量比是利用磷酸钙沉淀工艺从废水中回收磷的关键。关键词：环境工程；磷酸钙；C∥P物质的量比；pH值；磷回收：沉淀；碳酸根；腐殖质中圈分类号：)(703．1文献标识码：AO引昌磷是日常生活和社会发展不可缺少的元素，全世界每年消耗的磷资源约80％用于制造磷肥；磷又是不可再生的矿物资源，以现有的开采使用方式，全世界的磷矿资源不足使用100a[1J。排放到地表水体中的磷会导致水体富营养化，为了保护地表水，世界各国都制订了相关法规、政策限制污水磷排放。为了保护水环境和磷的可持续利用，需研究开发从富磷废水中回收磷的工艺技术11吲。生物法除磷和物理化学法回收磷相结合，是从废水中回收磷的有效途径。生物法除磷过程中可以产生富含高浓度溶解性磷酸盐的溶液，而物理化学法能将磷以可回收的形式从溶液中分离出来。磷酸钙沉淀工艺是回收磷的主要工艺¨j，因为磷酸钙是磷矿石的有效组分，从废水中回收的磷酸钙可直接用作磷酸盐工业的原料。在废水体系中实现磷酸钙沉淀，需要考虑碳酸根、有机物的影响，目前虽然有一些研究，但并不深入全面。为系统了解溶液条件对磷酸盐沉淀工艺的影响以优化工艺，推动废水磷回收的工程实践，本文将利用模拟废水研究磷酸钙沉淀的2个控制因素溶液pH值和Ca／P物质的量比以及2个潜在的干扰因素碳酸根浓度和溶解性腐殖质(Humicsub．staJlces，Hs)浓度对磷酸钙沉淀的影响。l材料和方法根据已有研究‘4引，沉淀体系设定磷酸根浓度为0．35．1．4mmoL／L(约10—40mg／L磷)，碳酸根离子浓度最高达5*收稿日期：2007—02一08作者简介：高英，硕士研究生，从事环境地球化学研究；叶荣，教授，博士，从事地球化学研究。基金项目：国家自然科学基金项目(50678162)；国家高层次留学人才回国资助项目(2005一118)；国家留学人员科技择优资助项目(2004—99)58mmoyL，Hs浓度以溶解性有机碳(Dissolvedorganiccarbon，D0c)计最高达1．67mmol／L。运用热力学模拟计算、批次实验和x一射线衍射(xRD)手段对磷酸钙沉淀过程进行系统研究，这对废水磷污染控制和磷回收的生产实践具有重要指导作用。1．1热力学模拟计算对于磷酸钙沉淀反应戈Ca2++yP04卜一Ca。(P04)，(1)反应的热力学驱动力吉布斯自由能变△G与饱和度指数，。之间有如下关系L8J’t=lg(Pi．。／K。。)(2)△G=一(2．303R彤n)L(3)式中Pi．。和K。分别为溶液中磷酸钙构晶离子的自由离子活度积和热力学溶度积常数，R为理想气体常数，r为绝对温度，n是磷酸钙化合物中的离子数目。根据t值可以判断反应体系状态：溶液平衡状态，L=0，△G=0；不饱和状态，L0；饱和状态，t>O，△G