鉀、鈉離子對(duì)垃圾滲濾液RO濃縮液中鳥糞石結(jié)晶的影響

陶 瓊，陳天虎，劉海波，朱守成

(1. 合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院， 納米礦物與環(huán)境材料實(shí)驗(yàn)室， 安徽 合肥 230009； 2. 污水凈化與生態(tài)修復(fù)材料安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 安徽 合肥 230009)

城市生活垃圾填埋過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生成分十分復(fù)雜的垃圾滲濾液，其中含有高濃度的有毒有害有機(jī)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(lái)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(huán)以保證出水水質(zhì)，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(yáng)等， 2018)。由于高鹽度會(huì)抑制氨氮的生物硝化，利用鳥糞石結(jié)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(shù)途徑。

1 材料與方法

2 結(jié)果與討論

2.1 鉀鈉濃度對(duì)氨氮回收率的影響

鉀鈉離子對(duì)鳥糞石結(jié)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(huì)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(duì)磷酸鹽回收率無(wú)明顯影響，均在98%左右。

圖 1 不同鉀鈉含量對(duì)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(duì)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(jié)晶沉淀產(chǎn)物XRD分析

圖3、圖4為不同鉀鈉濃度下結(jié)晶沉淀產(chǎn)物的XRD譜圖，各個(gè)樣品圖譜的特征峰與鳥糞石的特征峰完全吻合，沒(méi)有出現(xiàn)鳥糞石之外的顯著衍射峰，表明結(jié)晶沉淀固體中基本不存在其它結(jié)晶物相。由圖3可知，隨著K+濃度增加鳥糞石特征衍射峰強(qiáng)度變化不明顯，但是將(020)晶面特征衍射峰放大發(fā)現(xiàn)其明顯向高角度偏移，表明其中存在顯著的K+類質(zhì)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(méi)有顯著變化，特征衍射峰強(qiáng)逐漸變?nèi)酰砻鳑](méi)有顯著的Na+類質(zhì)同像替代，但是結(jié)晶度顯著降低。

圖 3 不同鉀鎂摩爾比下沉淀產(chǎn)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(chǎn)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(duì)結(jié)晶沉淀物形態(tài)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(duì)鳥糞石晶體的形貌粒度無(wú)影響，晶型規(guī)則，且大多呈柱狀，其形狀和表面特性與文獻(xiàn)(Wangetal., 2010； Hanhounetal., 2013)報(bào)道的鳥糞石晶體相似，但結(jié)晶產(chǎn)物的EDS光譜中出現(xiàn)鉀的特征峰，表明K+進(jìn)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(guī)則，且隨著Na+濃度增加，鳥糞石晶體顆粒變小。但圖5j中沒(méi)有出現(xiàn)鈉的特征峰在沉淀物的EDS光譜中，表明Na+未進(jìn)入沉淀中。

2.4 結(jié)晶沉淀產(chǎn)物鉀鈉組分分析

不同鉀鈉濃度下結(jié)晶沉淀產(chǎn)物用9%鹽酸溶解后原子吸收測(cè)定鉀鈉離子濃度，計(jì)算固體中鉀鈉含量。結(jié)果顯示所有的固體樣品中均未檢測(cè)到Na+，這與掃描電鏡能譜分析結(jié)果一致，表明在結(jié)晶沉淀過(guò)程中Na+沒(méi)有進(jìn)入鳥糞石晶格。K+測(cè)試結(jié)果顯示，隨著溶液中K+濃度增加結(jié)晶沉淀固體中K+質(zhì)量百分比逐步上升，其值分別為2.4%、3.1%、4.6%、5.3%、6.4%。結(jié)晶固體中鉀含量與溶液中殘余K+濃度含量相關(guān)關(guān)系如圖6所示，擬合線性可用y=1.62x+289.72表示，相關(guān)系數(shù)R2=0.96。斜率為分配系數(shù)，kd=1.62 L/kg。K+固液分配系數(shù)較小，說(shuō)明K+進(jìn)入鳥糞石沉淀中含量少。

圖 5 不同摩爾比的SEM圖Fig. 5 SEM image of different molar ratios

2.5 實(shí)際垃圾滲濾液RO濃縮液中氨回收

圖 6 K+固液分配Fig. 6 K+ value of potassium ion

圖 7 氨氮、磷酸鹽回收率及K+濃度變化Fig. 7 Ammonia nitrogen, phosphate recovery, potassium ion concentration change

圖 8 不同氮磷摩爾比下XRD圖譜Fig. 8 XRD patterns at different N/P molar ratios

2.6 結(jié)果討論

3 結(jié)論