以磷酸钙盐的形式从污水处理厂回收磷的研究解读.pdf

2006 年 7 月 July.2006 ? 110? 磷既是造成水体富营养化的关键因素 ,又是一种不可再生、难以替代的有限自 然资源。研究表明 ,全球磷矿资源将于本世纪中叶面临枯竭 [1] 。我国有关部门也已 将我国磷矿列为 2010 年后不能满足国民经济发展需求的 20 种矿产中的一种 [2] 。 因此 ,磷的可持续利用问题越来越受到世界各国学者与政府的高度重视。 污水处理厂回收磷是有效的解决磷资源可持续利用问题的重要措施之一。为控 制水体富营养化 ,城市污水处理厂在去除生活污水有机物的同时也设有生物除磷脱 氮的工艺 ,因此某些环节 (如,厌氧池或污泥消化池能产生高浓度溶解性磷酸盐液流 , 非常适合回收磷。污水中的磷可以以鸟粪石、磷酸钙、磷酸铝和磷酸铁等多种形式 回收再利用。其中 ,鸟粪石与磷酸钙被认为是最具有前景的磷回收途径 [3] 。回收的 鸟粪石作为可直接施用的缓释磷肥具有较直观的经济效益 [4],所以在目前对污水回 收磷的研究与应用中 ,以鸟粪石沉淀形式回收磷的实例居多 ,磷酸钙的较少 ,仅有几个 国家对从污水中以磷酸钙的形式回收磷酸盐进行了实验或生产 [5,6] 。然而磷酸钙盐 作为自然界磷矿石的主要成分 ,不仅是磷酸盐工业上适合进一步加工的理想原料 ,也 是磷肥生产的重要原料 ,它的回收利用同样具有重要价值。在我国 ,污水处理厂回收 磷的研究还处于起始阶段 ,尤其是以磷酸钙盐的形式回收磷的相关研究还未见报 道。为此 ,本文通过实验 ,研究以磷酸钙盐的形式从污水中回收磷的一些控制参数。 1 以磷酸钙盐的形式回收磷的原理 目前,对于磷酸钙尚未有一个简单且明确的定义 ,因为它不是一个分子 ,而可能是 几种不同的复合物 —— CaOH(PO 43(羟基磷灰石 ,HAP, CaHPO 4? 2H 2O(二水磷 酸二钙 ,DCPD,Ca 3(PO 42(磷酸三钙 ,TCP 和 Ca 4H(PO 43? 2.5H 2O(磷酸八钙 , OCP 等含有不同量结晶水的水合复合物 [7] 。这些不同形态的磷酸钙的 Ca/P 摩 尔比在 1.0~1.7之间 ,并且它们的溶解度和结晶度也不同。其中 ,DCPD 是最容易沉淀 的,而 HAP 是沉淀最稳定的。当溶液呈碱性 ,存在 Ca 2+和 PO 43-,且离子浓度积大 于溶度积平衡常数 Ksp 而处于过饱和状态时 ,会发生沉淀反应生成磷酸钙盐。在含 磷废水中 ,磷酸根在 Ca 2+和 OH -加入的同时 , 由于 pH 值的升高 ,可产生不同的化 合物沉淀。一般是先形成 DCPD,而后形成较稳定的 HAP 。其化学反应为 : 2Ca 2++HPO 42-+4OH -→Ca 2HPO 4(OH2+2OH - (12Ca 2HPO 4(OH2+Ca 2++HPO 42-→Ca 5OH(PO 43 ↓+3H 2O (2 总反应式为 : 5Ca 2++3HPO 42-+4OH -→Ca 5OH(PO 43 ↓+3H 2O (3 总反应的 平衡常数 Ksp=10-55.9 磷酸钙的溶解度随 pH 值的增高而降低 ,因而升高溶液的 pH 值会促进磷酸钙的 结晶沉淀。溶液中 Ca 2+浓度及 Ca 2+(Ca 与 PO 43-