鉀、鈉離子對垃圾滲濾液RO濃縮液中鳥糞石結晶的影響

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. 合肥工業大學資源與環境工程學院，納米礦物與環境材料實驗室，安徽合肥 230009； 2. 污水凈化與生態修復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生成分十分復雜的垃圾滲濾液，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以保證出水水質，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途徑。

1 材料與方法

2 結果與討論

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 結晶沉淀產物XRD分析

圖3、圖4為不同鉀鈉濃度下結晶沉淀產物的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，沒有出現鳥糞石之外的顯著衍射峰，表明結晶沉淀固體中基本不存在其它結晶物相。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現其明顯向高角度偏移，表明其中存在顯著的K+類質同像替代。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弱，表明沒有顯著的Na+類質同像替代，但是結晶度顯著降低。

圖 3 不同鉀鎂摩爾比下沉淀產物的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 鉀鈉離子對結晶沉淀物形態的影響

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，但結晶產物的EDS光譜中出現鉀的特征峰，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 結晶沉淀產物鉀鈉組分分析

不同鉀鈉濃度下結晶沉淀產物用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果一致，表明在結晶沉淀過程中Na+沒有進入鳥糞石晶格。K+測試結果顯示，隨著溶液中K+濃度增加結晶沉淀固體中K+質量百分比逐步上升，其值分別為2.4%、3.1%、4.6%、5.3%、6.4%。結晶固體中鉀含量與溶液中殘余K+濃度含量相關關系如圖6所示，擬合線性可用y=1.62x+289.72表示，相關系數R2=0.96。斜率為分配系數，kd=1.62 L/kg。K+固液分配系數較小，說明K+進入鳥糞石沉淀中含量少。