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养殖废水中用四氧化三铁吸附鸟粪石沉淀的最佳径粒和用量的研究

2021-12-02杨美琪汤佳潘灵洁向丹丹欧雨连万邦江

科学与生活 2021年25期
关键词:用量

杨美琪 汤佳 潘灵洁 向丹丹 欧雨连 万邦江

摘要:为了加快降低养殖废水中氮磷的含量,一般采用鸟粪石来回收氮磷。为了提高鸟粪石沉淀的速度,一般用磁性材料四氧化三铁来回收。本文通过实验,比较了纳米级四氧化三铁径粒和普通径粒以及用量,发现加入普通径粒的四氧化三铁对鸟粪石的回收和分离效果,比用纳米级的四氧化三铁颗粒效果更好,同时,用量比例Fe3O4:P为4:5时,效果最佳。

关键词:四氧化三铁;径粒;用量

鸟粪石(MAP),化学式为Mg(NH4)[PO4]·6H2O,全称磷酸铵镁,根据反应原理:Mg2++NH4+ +PO43- +6H2O→Mg(NH4)[PO4]·6H2O,运用该化学反应原理,将废水中氮磷转变为鸟粪石以后,用四氧化三铁快速回收鸟粪石沉淀,实现氮磷的资源化回用[1,2,3,4]。本文主要研究四氧化三铁径粒和用量,对吸附鸟粪石效率的影响。

1最佳粒径四氧化三铁的选择

实验步骤:分别选用0.5g/L的20nm、200nm和普通四氧化三铁溶液来吸附鸟粪石沉淀,最后测总磷以及浊度,通过去除率和沉淀时间,最终选择最佳的四氧化铁粒径。

实验结果如图1-1,鸟粪石去除率最高的是普通的四氧化三铁,达到96.57%。沉淀时间如图1-2(图中四个个烧杯从左到右分别为:加了20nm、200nm和普通的Fe3O4的鸟粪石以及没有添加四氧化三铁的鸟粪石)所示,结果显示普通四氧化三铁的沉淀时间最快,在加了普通Fe3O4的烧杯中,沉淀在30S左右基本沉淀完毕,不加四氧化三铁的烧杯中沉淀时间最长,完全沉淀需要20min,不加四氧化三铁的自然沉淀不仅慢,而且沉淀颗粒小不易分离,易堵塞管道,加了四氧化三铁,可直接用磁铁吸走即可,吸走的沉淀鸟粪石,可用作缓释肥料。根据去除率和去除时间以及成本得出结论,普通四氧化三铁的效果更好,所以我们确定普通四氧化三铁作为吸附鸟粪石的最佳径粒。

2四氧化三铁的最佳量的选择

2.1四氧化三铁的浓度不变

根据选出的最佳粒径的四氧化三铁是普通四氧化三铁,通过测定不同浓度的磷,来确定最佳的四氧化三铁的量。

在8个烧瓶里面加入200mL取样废水,再分别加入磷酸二氢钾溶液,将磷的浓度调节为100mg/L、150 mg/L、200mg/L、250mg/L、300mg/L、350mg/L、400mg/L、600mg/L。在最佳氮磷镁的比投料和最佳pH值确定以后,向每个烧杯里加入500mg/L普通四氧化三铁搅拌均匀,静置后用磁铁吸走四氧化三铁和鸟粪石,用吸光光度计法测总磷和用浊度计测浊度,确定最佳四氧化三铁的量。结果如图,由图2-1可得出,磷的浓度为400mg/L时,此时四氧化铁的量为500mg/L,效果最佳,可以得出四氧化三铁的最佳量是普通四氧化三铁的质量:磷的质量比为4:5。

2.2磷的浓度不变

根据2.1测得四氧化三铁的最佳量是普通四氧化三铁的质量:磷的质量比为4:5,根据2.1里面的实验操作步骤,验证2.1的结论,实验结论如图2-2,验证了四氧化铁的量为500mg/L时,效果最佳,说明了上述结论是正确的。

3.沉淀物分析

图3-1是普通四氧化三铁在扫描电子显微镜中放大10000的图,可清晰看见四氧化三铁的微粒结构。图3-2是加了四氧化三铁吸附的鸟粪石沉淀的扫描电镜(EDS)的图片,根据含量分析组成,进一步确定了沉淀是鸟粪石沉淀,还确定了四氧化三铁确实是吸附在鸟粪石上的,由此还可以推测,普通四氧化三铁吸附沉淀快速的原因,因为普通四氧化三铁的粒径最大,用磁铁吸附,磁力大,更易沉淀。

4结论

本研究确定了四氧化三铁的粒径采用普通的四氧化三铁,用量为四氧化三铁与磷的质量比为4:5,为四氧化三铁的最佳径粒和用量。通过扫描电子显微镜(SEM)观察沉淀的微观结构,分析了普通四氧化三铁沉淀分离效果好的原因,因为普通四氧化三鐵的粒径最大,用磁铁吸附,磁力大,更易沉淀,说明实验结论是准确的。

参考文献

[1]Kristell S,Le Correa.Impact of calcium on struvite crystal size,shape and purity[J].Journal of Crystal Growth,2005,283:514—522.

[2]李爱秀,翟中葳,丁飞飞,等.鸟粪石沉淀法回收猪场沼液氮磷工艺参数优化模拟研究[J].农业环境科学学报,2018,37(6):1270-1276.

[3]黄颖,林金清,李洪临.鸟粪石法回收废水中磷的沉淀物的组成和晶形 [J].环境科学学报,2009,29(2):353-359.

[4]Gustafsson J P,Renman A,Renman G,et al. Phosphate removal by mineral-based sorbents used in filters for small-scale wastewater treatment [J]. Water Research,2008,42(1-2):189-197.

作者简介:杨美琪,女,长江师范学院环境科学专业2019级学生。

通讯作者:万邦江 男,1974.12---,重庆秀山人,高级实验师,主要从事环境化学和应用化学研究。

项目来源:重庆市大学生创新创业训练计划项目(项目编号:S202110647019)

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