养殖废水中用四氧化三铁吸附鸟粪石沉淀的最佳径粒和用量的研究

杨美琪 汤佳 潘灵洁 向丹丹 欧雨连 万邦江

摘要：为了加快降低养殖废水中氮磷的含量，一般采用鸟粪石来回收氮磷。为了提高鸟粪石沉淀的速度，一般用磁性材料四氧化三铁来回收。本文通过实验，比较了纳米级四氧化三铁径粒和普通径粒以及用量，发现加入普通径粒的四氧化三铁对鸟粪石的回收和分离效果，比用纳米级的四氧化三铁颗粒效果更好，同时，用量比例Fe3O4：P为4：5时，效果最佳。

关键词：四氧化三铁;径粒;用量

鸟粪石（MAP），化学式为Mg（NH4）[PO4]·6H2O，全称磷酸铵镁，根据反应原理：Mg2++NH4+ +PO43- +6H2O→Mg（NH4）[PO4]·6H2O，运用该化学反应原理，将废水中氮磷转变为鸟粪石以后，用四氧化三铁快速回收鸟粪石沉淀，实现氮磷的资源化回用[1，2，3，4]。本文主要研究四氧化三铁径粒和用量，对吸附鸟粪石效率的影响。

1最佳粒径四氧化三铁的选择

实验步骤：分别选用0.5g/L的20nm、200nm和普通四氧化三铁溶液来吸附鸟粪石沉淀，最后测总磷以及浊度，通过去除率和沉淀时间，最终选择最佳的四氧化铁粒径。

实验结果如图1-1，鸟粪石去除率最高的是普通的四氧化三铁，达到96.57%。沉淀时间如图1-2（图中四个个烧杯从左到右分别为：加了20nm、200nm和普通的Fe3O4的鸟粪石以及没有添加四氧化三铁的鸟粪石）所示，结果显示普通四氧化三铁的沉淀时间最快，在加了普通Fe3O4的烧杯中，沉淀在30S左右基本沉淀完毕，不加四氧化三铁的烧杯中沉淀时间最长，完全沉淀需要20min，不加四氧化三铁的自然沉淀不仅慢，而且沉淀颗粒小不易分离，易堵塞管道，加了四氧化三铁，可直接用磁铁吸走即可，吸走的沉淀鸟粪石，可用作缓释肥料。根据去除率和去除时间以及成本得出结论，普通四氧化三铁的效果更好，所以我们确定普通四氧化三铁作为吸附鸟粪石的最佳径粒。

2四氧化三铁的最佳量的选择

2.1四氧化三铁的浓度不变

根据选出的最佳粒径的四氧化三铁是普通四氧化三铁，通过测定不同浓度的磷，来确定最佳的四氧化三铁的量。

在8个烧瓶里面加入200mL取样废水，再分别加入磷酸二氢钾溶液，将磷的浓度调节为100mg/L、150 mg/L、200mg/L、250mg/L、300mg/L、350mg/L、400mg/L、600mg/L。在最佳氮磷镁的比投料和最佳pH值确定以后，向每个烧杯里加入500mg/L普通四氧化三铁搅拌均匀，静置后用磁铁吸走四氧化三铁和鸟粪石，用吸光光度计法测总磷和用浊度计测浊度，确定最佳四氧化三铁的量。结果如图，由图2-1可得出，磷的浓度为400mg/L时，此时四氧化铁的量为500mg/L，效果最佳，可以得出四氧化三铁的最佳量是普通四氧化三铁的质量：磷的质量比为4：5。

2.2磷的浓度不变

根据2.1测得四氧化三铁的最佳量是普通四氧化三铁的质量：磷的质量比为4：5，根据2.1里面的实验操作步骤，验证2.1的结论，实验结论如图2-2，验证了四氧化铁的量为500mg/L时，效果最佳，说明了上述结论是正确的。

3.沉淀物分析

图3-1是普通四氧化三铁在扫描电子显微镜中放大10000的图，可清晰看见四氧化三铁的微粒结构。图3-2是加了四氧化三铁吸附的鸟粪石沉淀的扫描电镜（EDS）的图片，根据含量分析组成，进一步确定了沉淀是鸟粪石沉淀，还确定了四氧化三铁确实是吸附在鸟粪石上的，由此还可以推测，普通四氧化三铁吸附沉淀快速的原因，因为普通四氧化三铁的粒径最大，用磁铁吸附，磁力大，更易沉淀。

4结论

本研究确定了四氧化三铁的粒径采用普通的四氧化三铁，用量为四氧化三铁与磷的质量比为4：5，为四氧化三铁的最佳径粒和用量。通过扫描电子显微镜（SEM）观察沉淀的微观结构，分析了普通四氧化三铁沉淀分离效果好的原因，因为普通四氧化三鐵的粒径最大，用磁铁吸附，磁力大，更易沉淀，说明实验结论是准确的。

参考文献

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作者简介：杨美琪，女，长江师范学院环境科学专业2019级学生。

通讯作者：万邦江 男，1974.12---，重庆秀山人，高级实验师，主要从事环境化学和应用化学研究。

项目来源：重庆市大学生创新创业训练计划项目（项目编号：S202110647019）