钾、钠离子对垃圾渗滤液RO浓缩液中鸟粪石结晶的影响

2019-06-05 02:42:54陈天虎刘海波朱守成

岩石矿物学杂志 2019年3期

陶琼，陈天虎，刘海波，朱守成

(1. 合肥工业大学资源与环境工程学院，纳米矿物与环境材料实验室，安徽合肥 230009； 2. 污水净化与生态修复材料安徽省重点实验室，安徽合肥 230009)

城市生活垃圾填埋过程中会产生成分十分复杂的垃圾渗滤液，其中含有高浓度的有毒有害有机物、氨氮以及溶解盐(张伟光等， 2017)。垃圾渗滤液通常使用物化-生物组合工艺来处理(庆承松等， 2014； Dolaretal., 2016)，反渗透膜(RO)处理常作为垃圾渗滤液深度处理的最后一环以保证出水水质，但随之排出的RO浓缩液含有较高的氨氮、钾钠盐(许玉东等， 2014；邓阳等， 2018)。由于高盐度会抑制氨氮的生物硝化，利用鸟粪石结晶法回收和处理垃圾渗滤液RO浓缩液中的氨氮是可供选择的技术途径。

1 材料与方法

2 结果与讨论

2.1 钾钠浓度对氨氮回收率的影响

钾钠离子对鸟粪石结晶氨氮回收率的影响如图1所示。由图1可知，随着溶液中K+浓度增加，氨氮的回收率由96.5%降至83.0%，表明K+的存在会降低氨氮回收率。Na+浓度增加氨氮回收率变化不明显，保持在91%左右，图2中钾钠含量增加对磷酸盐回收率无明显影响，均在98%左右。

图 1 不同钾钠含量对氨氮回收率的影响Fig. 1 Effect of different potassium and sodium values on ammonia nitrogen removal rate

图 2 不同钾钠含量对磷酸盐回收率的影响Fig. 2 Effect of different potassium and sodium values on phosphate removal rate

2.2 结晶沉淀产物XRD分析

图3、图4为不同钾钠浓度下结晶沉淀产物的XRD谱图，各个样品图谱的特征峰与鸟粪石的特征峰完全吻合，没有出现鸟粪石之外的显著衍射峰，表明结晶沉淀固体中基本不存在其它结晶物相。由图3可知，随着K+浓度增加鸟粪石特征衍射峰强度变化不明显，但是将(020)晶面特征衍射峰放大发现其明显向高角度偏移，表明其中存在显著的K+类质同像替代。图4中显示，随着Na+浓度增加鸟粪石特征峰位置没有显著变化，特征衍射峰强逐渐变弱，表明没有显著的Na+类质同像替代，但是结晶度显著降低。

图 3 不同钾镁摩尔比下沉淀产物的XRD图谱Fig. 3 XRD patterns of precipitated products at different K∶Mg molar ratios

图 4 不同钠镁摩尔比下沉淀产物的XRD图谱Fig. 4 XRD patterns of precipitated products at different Na∶Mg molar ratios

2.3 钾钠离子对结晶沉淀物形态的影响

由图5可以看出(K∶Mg=1∶2、Na∶Mg=1∶2与1∶1的SEM图相似未列出)，高浓度K+对鸟粪石晶体的形貌粒度无影响，晶型规则，且大多呈柱状，其形状和表面特性与文献(Wangetal., 2010； Hanhounetal., 2013)报道的鸟粪石晶体相似，但结晶产物的EDS光谱中出现钾的特征峰，表明K+进入鸟粪石中。然而在高浓度Na+存在的体系中，鸟粪石颗粒形貌不规则，且随着Na+浓度增加，鸟粪石晶体颗粒变小。但图5j中没有出现钠的特征峰在沉淀物的EDS光谱中，表明Na+未进入沉淀中。

2.4 结晶沉淀产物钾钠组分分析

不同钾钠浓度下结晶沉淀产物用9%盐酸溶解后原子吸收测定钾钠离子浓度，计算固体中钾钠含量。结果显示所有的固体样品中均未检测到Na+，这与扫描电镜能谱分析结果一致，表明在结晶沉淀过程中Na+没有进入鸟粪石晶格。K+测试结果显示，随着溶液中K+浓度增加结晶沉淀固体中K+质量百分比逐步上升，其值分别为2.4%、3.1%、4.6%、5.3%、6.4%。结晶固体中钾含量与溶液中残余K+浓度含量相关关系如图6所示，拟合线性可用y=1.62x+289.72表示，相关系数R2=0.96。斜率为分配系数，kd=1.62 L/kg。K+固液分配系数较小，说明K+进入鸟粪石沉淀中含量少。