磷酸钙沉淀法去除猪场废水中磷的实验研究
摘要：以模拟猪场废水为处理对象，进行了磷酸钙沉淀除磷小试实验，考察了pH值、不同初始n(Ca)/n(P)、CO2-3、Mg2+以及CO2-3和Mg2+共存对磷酸钙沉淀反应的影响；利用X射线衍射仪（XRD）对沉淀产物进行了表征。结果表明，在溶液pH=8.0和初始n(Ca)/n(P)=3.33时，延长反应时间至360min后，P的去除率可达92.2%.较高的pH值和初始n(Ca)/n(P)有利于磷酸钙沉淀反应，但当pH≥10，初始n(Ca)/n(P)≥3.33时，这2个因子对提高磷去除率的贡献不明显。当pH=9.0时，CO2-3、Mg2+单独存在对磷酸钙沉淀反应的影响很小，磷去除率均在94.1%左右；CO2-3通过与Ca2+生成CaCO3降低羟基磷酸钙（HAP）沉淀产物的纯度；Mg2+的存在使沉淀产物转化为无定形的磷酸钙（ACP），对热处理后的沉淀产物进行XRD分析发现，Mg2+掺入到磷酸钙结构中，(Ca，Mg)3(PO4)2形成改变了沉淀产物的结构。CO2-3和Mg2+共存时，控制CO2-3和Mg2+在一定范围内，提高溶液pH≥9.0，CO2-3和Mg2+的相互作用有利于磷酸钙沉淀反应。
关键词：猪场废水，磷酸钙，沉淀反应，磷去除，碳酸根，镁离子
磷（P）是一种重要的矿产资源和化工原料，在其参与环境（包括岩石、土壤和水）、生物、人体循环的过程中，成为环境污染的一种重要成分。同时，磷资源不仅十分有限，而且在自然界中近乎单向流动、难以再生。近年来，在欧洲、日本等地对磷的可持续利用高度重视，从污水和动物粪便中去除和回收磷已成为热门课题。目前，世界上污水中磷的回收总体上仍处于工艺和技术的研究开发阶段，主要工艺为磷酸钙（calciumphosphates，CP）沉淀法和磷酸铵镁（magnesiumammoniumphosphate，MAP）结晶法。磷酸钙沉淀工艺是回收磷的主要工艺，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以直接用作磷酸盐工业的原料。
许多离子通过在新形成的磷酸钙晶核表面生成复合物干扰晶体成核过程，抑制磷酸钙沉淀反应。抑制物包括诸如腐殖酸、鞣质物、柠檬酸和醋酸等有机物，也包括广泛存在于含P污水中的CO32-和Mg2+等无机离子。CO32-和Mg2+单独存在时对磷酸钙沉淀反应的影响研究较多，但在不同pH值和初始n（Ca）/n(P)条件下两者共存对磷酸钙沉淀反应的影响研究较少。
猪场废水中磷的含量可高达近百mg·L-1，同时含有高浓度溶解态的CO32-和Mg2+。因此，为了系统了解溶液条件对磷酸钙沉淀工艺的影响以优化工艺，推动猪场废水磷回收的工程实践，本研究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n（Ca）/n(P)，2个潜在干扰因素——CO32-和Mg2+及其两者共存对磷酸钙沉淀反应的影响，旨在为从猪场废水等富含P的污水和废水中去除和回收营养元素打下工艺基础，为研究CO32-和Mg2+浓度对磷酸钙沉淀反应效率以及结晶产物形态的影响提供理论基础。
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