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        鉀、鈉離子對垃圾滲濾液RO濃縮液中鳥糞石結(jié)晶的影響

        2019-06-05 02:42:54陳天虎劉海波朱守成
        巖石礦物學雜志 2019年3期

        陶 瓊,陳天虎,劉海波,朱守成

        (1. 合肥工業(yè)大學 資源與環(huán)境工程學院, 納米礦物與環(huán)境材料實驗室, 安徽 合肥 230009; 2. 污水凈化與生態(tài)修復(fù)材料安徽省重點實驗室, 安徽 合肥 230009)

        城市生活垃圾填埋過程中會產(chǎn)生成分十分復(fù)雜的垃圾滲濾液,其中含有高濃度的有毒有害有機物、氨氮以及溶解鹽(張偉光等, 2017)。垃圾滲濾液通常使用物化-生物組合工藝來處理(慶承松等, 2014; Dolaretal., 2016),反滲透膜(RO)處理常作為垃圾滲濾液深度處理的最后一環(huán)以保證出水水質(zhì),但隨之排出的RO濃縮液含有較高的氨氮、鉀鈉鹽(許玉東等, 2014; 鄧陽等, 2018)。由于高鹽度會抑制氨氮的生物硝化,利用鳥糞石結(jié)晶法回收和處理垃圾滲濾液RO濃縮液中的氨氮是可供選擇的技術(shù)途徑。

        1 材料與方法

        2 結(jié)果與討論

        2.1 鉀鈉濃度對氨氮回收率的影響

        鉀鈉離子對鳥糞石結(jié)晶氨氮回收率的影響如圖1所示。由圖1可知,隨著溶液中K+濃度增加,氨氮的回收率由96.5%降至83.0%,表明K+的存在會降低氨氮回收率。Na+濃度增加氨氮回收率變化不明顯,保持在91%左右,圖2中鉀鈉含量增加對磷酸鹽回收率無明顯影響,均在98%左右。

        圖 1 不同鉀鈉含量對氨氮回收率的影響Fig. 1 Effect of different potassium and sodium values on ammonia nitrogen removal rate

        圖 2 不同鉀鈉含量對磷酸鹽回收率的影響Fig. 2 Effect of different potassium and sodium values on phosphate removal rate

        2.2 結(jié)晶沉淀產(chǎn)物XRD分析

        圖3、圖4為不同鉀鈉濃度下結(jié)晶沉淀產(chǎn)物的XRD譜圖,各個樣品圖譜的特征峰與鳥糞石的特征峰完全吻合,沒有出現(xiàn)鳥糞石之外的顯著衍射峰,表明結(jié)晶沉淀固體中基本不存在其它結(jié)晶物相。由圖3可知,隨著K+濃度增加鳥糞石特征衍射峰強度變化不明顯,但是將(020)晶面特征衍射峰放大發(fā)現(xiàn)其明顯向高角度偏移,表明其中存在顯著的K+類質(zhì)同像替代。圖4中顯示,隨著Na+濃度增加鳥糞石特征峰位置沒有顯著變化,特征衍射峰強逐漸變?nèi)?,表明沒有顯著的Na+類質(zhì)同像替代,但是結(jié)晶度顯著降低。

        圖 3 不同鉀鎂摩爾比下沉淀產(chǎn)物的XRD圖譜Fig. 3 XRD patterns of precipitated products at different K∶Mg molar ratios

        圖 4 不同鈉鎂摩爾比下沉淀產(chǎn)物的XRD圖譜Fig. 4 XRD patterns of precipitated products at different Na∶Mg molar ratios

        2.3 鉀鈉離子對結(jié)晶沉淀物形態(tài)的影響

        由圖5可以看出(K∶Mg=1∶2、Na∶Mg=1∶2與1∶1的SEM圖相似未列出),高濃度K+對鳥糞石晶體的形貌粒度無影響,晶型規(guī)則,且大多呈柱狀,其形狀和表面特性與文獻(Wangetal., 2010; Hanhounetal., 2013)報道的鳥糞石晶體相似,但結(jié)晶產(chǎn)物的EDS光譜中出現(xiàn)鉀的特征峰,表明K+進入鳥糞石中。然而在高濃度Na+存在的體系中,鳥糞石顆粒形貌不規(guī)則,且隨著Na+濃度增加,鳥糞石晶體顆粒變小。但圖5j中沒有出現(xiàn)鈉的特征峰在沉淀物的EDS光譜中,表明Na+未進入沉淀中。

        2.4 結(jié)晶沉淀產(chǎn)物鉀鈉組分分析

        不同鉀鈉濃度下結(jié)晶沉淀產(chǎn)物用9%鹽酸溶解后原子吸收測定鉀鈉離子濃度,計算固體中鉀鈉含量。結(jié)果顯示所有的固體樣品中均未檢測到Na+,這與掃描電鏡能譜分析結(jié)果一致,表明在結(jié)晶沉淀過程中Na+沒有進入鳥糞石晶格。K+測試結(jié)果顯示,隨著溶液中K+濃度增加結(jié)晶沉淀固體中K+質(zhì)量百分比逐步上升,其值分別為2.4%、3.1%、4.6%、5.3%、6.4%。結(jié)晶固體中鉀含量與溶液中殘余K+濃度含量相關(guān)關(guān)系如圖6所示,擬合線性可用y=1.62x+289.72表示,相關(guān)系數(shù)R2=0.96。斜率為分配系數(shù),kd=1.62 L/kg。K+固液分配系數(shù)較小,說明K+進入鳥糞石沉淀中含量少。

        圖 5 不同摩爾比的SEM圖Fig. 5 SEM image of different molar ratios

        2.5 實際垃圾滲濾液RO濃縮液中氨回收

        圖 6 K+固液分配Fig. 6 K+ value of potassium ion

        圖 7 氨氮、磷酸鹽回收率及K+濃度變化Fig. 7 Ammonia nitrogen, phosphate recovery, potassium ion concentration change

        圖 8 不同氮磷摩爾比下XRD圖譜Fig. 8 XRD patterns at different N/P molar ratios

        2.6 結(jié)果討論

        3 結(jié)論

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