磷酸铵镁(MAP)结晶法回收粪污/秸秆混合发酵沼液中氮磷的特性研究

黄 彬， 郭惠娟， 毛林强， 张文艺

(常州大学 环境与安全工程学院， 江苏 常州 213164)

1 材料与方法

1.1 试验仪器与试剂

试验仪器:FA2104型电子分析天平，LDZX-50KBS型立式压力蒸汽灭菌器，752N型紫外可见分光光度计，DHG-9070A型鼓风干燥箱，PHS-3C型pH计等。

试验试剂:Na2HPO4·12H2O，MgCl2·6 H2O，NaOH，HCl等均为分析纯。

1.2 试验水质

常州市某地区分散式养猪场沼液主要污染物指标如表1所示。

1.3 试验方法

表1 沼液主要水质指标 (mg·L-1)

2 结果与讨论

2.1 反应条件

2.1.1 pH值的影响

2.1.2 反应体系时间的影响

图1 pH值对残氮量、残磷量及和的去除影响

图2 反应时间对残氮量、残磷量及和的去除影响

2.1.3 反应物投配比的影响

图3 /投配比对残氮量、残磷量及和的去除影响

2.2 沼液MAP沉淀物XRD分析

图5为沉淀产物通过X射线衍射所得到的图谱A，其扫描角度在15.663°，20.730°，21.309°，26.978°，30.525°，31.827°等处的特征峰与PDF标准卡片71-2089标准图谱B高度一致，说明样品沉淀产物即为MgNH4PO4。

2.3 SEM形貌特征

图6～图8为在MAP法最优条件下100 μm，10 μm及1 μm镜检下沉淀产物SEM分析，结晶产物主要呈现长方体形和斜方形，为MAP主要形态[23]。

图4 Mg2+/投配比对残氮量、残磷量及和的去除影响

图5 分散式养猪场沼液沉淀产物XRD衍射图谱

图6 分散式养猪场沼液沉淀产物SEM衍射图谱

2.4 分散式养猪场沼液MAP结晶法反应动力学

动力学是研究化学反应变化机理的重要依据，是反映物质随时间变化非平衡的动态体系。MAP结晶法反应动力学如公式(1)表示:

(1)

式中:dC/dt为沉淀反应速率；C为反应物的浓度，mg·L-1；t为反应时间，min；K为反应速率常数；n为反应级数[24-26]。将公式(1)进行积分可转

图7 分散式养猪场沼液沉淀产物SEM衍射图谱

图8 分散式养猪场沼液沉淀产物SEM衍射图谱

化为公式(2):

(2)

y=-5.0175x+8.6954

相关性R2=0.9306，可表示为:

2.5 MAP结晶法回收分散式养猪场沼液中氮磷的技术经济分析

养猪场沼液中含有大量的氮、磷元素，如果不经处理直接排放，将会造成营养元素的大量流失，又会引发水体富营养化，破坏水体的生态环境。因此，对于氮磷浓度较高的养猪场沼液只需投加适量的镁盐，调节适当的pH值，就能生成磷酸铵镁，在处理养猪场沼液的同时还能对氮磷营养元素进行有效的回收。

图沉降拟合动力学曲线

3 结论

表2 技术经济分析

(3)经MAP结晶法回收养殖场沼液中的氮磷，回收的MAP纯度较高，可作为良好的缓释肥料，对于MAP法日处理500 t·d-1沼液年收益可达634.6万元。本研究可为分散式养猪场粪污/秸秆混合发酵沼液资源化利用提供理论参数及为沼液处理工程设计提供技术参数和工程调试参考，对于我国广大农村地区分散式养猪场粪污处置有一定的参考价值。