网络首发||朱书景教授：基于鸟粪石沉淀法高效回收磷石膏渗滤液中的磷
文摘
科学
2024-09-23 10:30
浙江
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磷石膏渗滤液是磷石膏堆存时产生的液体，具有磷含量高、腐蚀性强、资源化利用难度大等特点，对周边流域环境以及人体健康构成较大的潜在风险。鸟粪石晶体沉淀法是一种新型的废水治理工艺，操作简便、回收效果好、氮磷脱除率高，但成本高昂，推广难度大。目前鲜有采用鸟粪石沉淀法实现磷石膏渗滤液无害化处理与资源化利用的报道。本研究以磷石膏渗滤液为原料，采用鸟粪石沉淀法制备渗滤液基-鸟粪石结晶（PSL-S），并通过实验形成合理的资源化路径，高效回收利用了磷石膏渗滤液中的磷。本研究实现了磷石膏高效回收利用，同时降低了鸟粪石沉淀法的工艺成本、利用废物代替纯试剂制备了有价材料，为磷化工工业废物的无害化处理与高值化回收利用提供了合理的解决方案。
朱书景，湖北大学资源与环境学院教授，博士生导师，主要研究方向环境生态修复、三废协同治理及高值化利用、黑臭水体治理与修复。担任中国环境科学学会会员、疏浚底泥资源回用技术与装备分会主席、中国机械工业环境保护专家委员会固废分会副主任委员、美国TMS学会Green Materials分会主席Session Chair等职务。主持中央引导地方发展基金、国家科技重大专项项目、国家重大仪器研发项目、湖北省重大科技创新计划项目等课题。荣获湖北省技术发明二等奖1项，湖北省科技进步奖三等奖1项，武汉市科技进步奖1等奖一项，美国TMS学会优秀论文奖1项等荣誉。1. 区域开发与环境响应湖北省重点实验室开放基金(2023(C)002)
2. 湖北省自然科学基金面上资助项目(2023AFB641)
磷石膏渗滤液是磷石膏堆存时产生的液体,具有磷含量高、pH低、腐蚀性强和重金属含量高等特点。如果这些渗滤液随时间推移渗入地下，将严重污染地下水和地表水，对周边流域环境以及人体健康造成严重影响。利用鸟粪石沉淀法从磷石膏及其渗滤液中回收磷源，制备有价材料渗滤液基-鸟粪石结晶（PSL-S）。其核心在于通过转换渗滤液中磷的原矿相,提高有价组元回收率，实现工业固废替代纯试剂制备鸟粪石，解决了纯试剂制备鸟粪石价格高昂、磷石膏渗滤液中有价组元大量浪费的问题。设置Mg/P摩尔比、N/P摩尔比和pH 3个变量，选取渗滤液中磷回收率和PSL-S的鸟粪石纯度2个指标，通过单因素影响探究实验与优化正交试验，结合物相分析，得出了制备渗滤液基-鸟粪石结晶（PSL-S）的最优路径。当N/P摩尔比为5∶1，Mg/P摩尔比为1.6∶1，pH为9.5时，制备效果最佳，此时PO43--回收率为87.73%、PSL-S的鸟粪石纯度为78.24%。PSL-S的成功制备，实现了磷石膏渗滤液高效资源化利用，显著降低了鸟粪石的生产成本，为磷化工废物的资源化利用提供了参考。磷石膏渗滤液是磷石膏堆存时产生的液体，含有高浓度磷酸根和硫酸根等离子，具有pH低、腐蚀性强、重金属含量高且难以分解迁移等特点。渗滤液若未经妥善处理渗入地下，会严重污染地下水和地表水，引发各类环境问题，对周边流域环境与人体健康造成严重影响。磷石膏渗滤液有机碳含量低，不适合采用生物处理法处理。国内外针对磷石膏渗滤液处理采取了多种技术路径。ANTONIO等使用连续生物硫酸盐还原法处理渗滤液中的硫酸盐与磷，通过补充菌种生存必需的元素实现磷的资源化，实现了磷的无害化处理与资源化利用，但处理周期较长，仅适用于较低浓度的磷石膏渗滤液。黄海苏等采用石灰-戈尔膜联用法和双膜过滤法等组合工艺处理磷石膏渗滤液，磷酸盐去除率分别达100％和90％，但无法资源化利用磷元素，且产生大量难以处理的污泥，可能引发二次污染。LI等开发了一种组合膜工程工艺的处理系统，并且在中国天津大韩庄卫生场的垃圾渗滤液处理中得到有效应用。鸟粪石晶体沉淀法是一种新型的废水治理工艺，对废水中氮、磷的有效脱除率可达90%。该工艺的最终产物为鸟粪石结晶，又名磷酸铵镁（MgNH4PO4·6H2O）,是一种难溶于水、浸出率低且对重金属等环境污染物具有较强吸附能力的白色晶体，可用于制备缓释肥料、吸附剂、阻燃剂、建筑材料等多功能材料，极具应用前景与商业化潜力。李兵等采用鸟粪石和钾铵镁磷肥对土壤中的重金属进行钝化处理，发现鸟粪石对土壤中的Pb具有高达96%的钝化效果。此外，PALOMINOS等在养猪废水中使用沼气鸟粪石增强剂,将沼气的单位面积总产量提高了17%，证明了鸟粪石的辅助效果。DARWISH等应用鸟粪石沉淀法处理垃圾渗滤液，通过投加镁源实现了脱氮除磷与磷石膏渗滤液的资源化利用。在众多磷石膏渗滤液资源化主流技术中，鸟粪石沉淀法操作简便、回收效果好、二次污染低，但需添加镁源、磷源以及创造碱性条件，成本高昂，且渗滤液组成复杂，存在干扰元素。因此，如何有效降低鸟粪石法成本，提高渗滤液资源化效率，是业内亟待解决的难题。本研究以磷化工副产品磷石膏渗滤液为原料，采用鸟粪石沉淀法制备渗滤液基-鸟粪石结晶（Phosphogypsum Leachate Struvite，PSL-S），通过实验形成合理的资源化路径，以期高效回收利用渗滤液中的磷。此外，探究磷石膏渗滤液制备PSL-S的机理，为磷化工工业废物的无害化处理与高值化回收利用提供合理的解决方案。![]()
图1 不同N/P摩尔比制备PSL-S的PO43-吸附效率
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图2 不同N/P摩尔比制备PSL-S的XRD图谱分析
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图3 最佳制备条件下PSL-S的SEM及部分区域能谱图
马竟峰, 吴翔, 方号源, 梅可, 江珊, 朱书景. 基于鸟粪石沉淀法高效回收磷石膏渗滤液中的磷[J/OL]. 能源环境保护: 1-10[2024-09-13]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20240810.MA Jingfeng, WU Xiang, FANG Haoyuan, MEI Ke, JIANG Shan, ZHU Shujing. Efficient recovery of phosphorus from phosphogypsum leachate based on struvite precipitation[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-10[2024-09-13]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20240810.
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编辑｜姚情璐
审核｜金丽丽
