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
TheresearchstatusofphosphorusrecoverybytheoptimalpHofguanosedimentation.
JIxin,Liujia-qiang,Zhangyu-tian,TANZhen-zhen,Zhaoyi-jing
(XuzhouInstituteofTechnologyEnvironmentalEngineering,JiangsuXuzhou221018)
Abstract:Phosphorusisanon-renewableresourceinnature,andtherearetwokindsofproblems,suchastheshortageofphosphorusmineralresourcesandtheeutrophicationofwaterbodies.Chinaactivelypromotestheconceptof"recycling"phosphorusinsteadof"removing"phosphorus.Accordingtotheinvestigationandanalysis,therecoveryofphosphorusresourcesinChinaisgenerallyadoptedbyguanosedimentarymethod.Becauseintheinfluencefactorsofstruvite,bearthebruntofthepHisconsideredtobethemostimportantprocesscontrolfactor,thispaperfocusesonthereactionrateunderdifferentpH,struvitepurityandtheinfluenceofphosphorusrecoveryrate(instruvitepurity>90%and>90%removalrateofphosphorusasthediscriminantstandard).Finally,thedevelopmenttrendofphosphorusrecoverytechnologyisproposed.
Keywords:phosphorusrecovery;Struvite;PH;Reactionrate;Guanopurity
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。
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45min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