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鸟粪石结晶影响因素探究及其肥效性能表征

作　者: 邢会娟
导　师: 王崇臣; 郝晓地
学　校: 北京建筑工程学院
专　业: 市政工程
关键词: 鸟粪石钾/钙影响电化学沉积法淋溶迁移转化缓释
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

有关从污水中回收鸟粪石的研究虽然已获得较大进展，但是，产物的定量分析问题依然没能有效解决；反应系统中的K⁺和Ca²⁺对鸟粪石形成的影响问题亦未获得系统研究；作为缓释肥，鸟粪石中磷的迁移转化及溶出率等问题也没有相应的理论研究。本论文围绕这几个方面的遗留问题，重点进行实验研究工作，获得如下一些研究成果：1. K⁺和Ca²⁺对鸟粪石结晶的影响。实验结果显示，低pH（≤7.5）时，适量K⁺（195mg/L）能有效提高反应的热力学驱动力，从而加速鸟粪石的形成；而K⁺（273mg/L）过多，加速效果便会消失。高pH（≥7.5）时，K⁺对鸟粪石的形成速度无显著影响，但利于形成钾鸟粪石。低pH（≤7.5）下，且[Ca²⁺]≤30mg/L或n（Ca）:n（Mg）≤1:8时，不会对鸟粪石的形成产生明显负面影响，而超过这一限值，Ca²⁺会对鸟粪石的形成造成明显的负面影响，不仅降低产物中鸟粪石的含量，而且还抑制系统中磷的去除率。K⁺的存在不影响钙的磷酸盐沉淀的生成；在含[K⁺]=195mg/L的体系中，当pH＜9.0时，[Ca²⁺]的存在对钾鸟粪石的生成无显著影响；当pH＞9.0时，适量的Ca²⁺([Ca²⁺]≤30mg/L，或n（Ca）:n（Mg）≤1:8)将有助于钾鸟粪石的形成，但当Ca^2⁺超过某一限值的时候，反而开始抑制钾鸟粪石的形成。2.电化学沉积法加速鸟粪石生成的补充研究。低pH条件下，电化学沉积虽然可加速鸟粪石的形成，但系统中磷的去除率并不高（≤30%），且发热明显。本研究对电化学反应装置进行了改进，在反应装置前端设置了一小的加碱/机械搅拌单元。实验显示，在反应装置中添加2.93g/L的NaCl可有效增加体系中离子的数量，导致电化学沉积法所需电压下降40.7%，使反应体系不再升温，且不会影响鸟粪石的沉淀。3.鸟粪石中磷溶出实验。系统研究了鸟粪石用作肥料时的磷溶出率、在土壤中的迁移转化规律以及相应的植物栽培实验。淋溶实验表明，鸟粪石缓释性能极佳，在淋溶5d后达到最大磷释放水平（12.3mg P/L），至33d仍能维持较高磷水平（8.0010.0mg P/L）。即使在淋溶末期，磷的释放水平依旧不低（2.004.00mg P/L）。鸟粪石中磷的日迁移量明显低于普通磷肥，施入土壤淋溶54d后，二钙磷含量呈10倍、甚至几十倍数量增加，且速效磷的含量可观（125mg P/kg）。不同pH淋滤液的淋溶实验与植物栽培实验表明，弱酸性水对鸟粪石具有促溶作用。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-28
  1.1 磷回收的迫切性  9-10
  1.2 污水磷回收技术方法、基础理论  10-11
    1.2.1 土地直接利用  10
    1.2.2 化学沉淀磷法  10
    1.2.3 吸附/解吸法  10-11
    1.2.4 生物磷去除/回收机理  11
  1.3 鸟粪石结晶法磷回收技术  11-19
    1.3.1 鸟粪石结晶法磷回收技术的提出  11-12
    1.3.2 鸟粪石结晶法磷回收技术的机理  12
    1.3.3 鸟粪石回收磷技术的影响因素  12-16
    1.3.4 鸟粪石结晶法磷回收技术工艺研发及应用  16-18
    1.3.5 鸟粪石结晶法磷回收反应加速研究  18-19
  1.4 土壤中的磷  19-25
    1.4.1 土壤中的无机磷  20-22
    1.4.2 土壤中的有机磷  22
    1.4.3 土壤中磷的转化特点  22-24
    1.4.4 土壤中磷的迁移  24-25
  1.5 植物对磷的吸收  25
  1.6 鸟粪石作为肥料的应用  25-26
  1.7 研究内容、目的与创新点  26
  1.8 论文梗概  26-28
第2章 K~+、Ca~(2+)对鸟粪石生成反应的影响  28-44
  2.1 实验材料  28
  2.2 鸟粪石的合成方法  28-30
  2.3 沉淀物的成分分析  30
  2.4 实验数据  30-34
  2.5 结果与讨论  34-42
    2.5.1 K~+对鸟粪石生成反应的影响  34-37
    2.5.2 Ca~(2+)对鸟粪石生成反应的影响  37-42
  2.6 本章小结  42-44
    2.6.1 K~+对鸟粪石生成的影响  42
    2.6.2 Ca~(2+)对鸟粪石生成的影响  42-43
    2.6.3 K~+与 Ca~(2+)对鸟粪石生成的协同影响  43
    2.6.4 pH、Ca~(2+)与 K~+对鸟粪石生成的协同影响  43-44
第3章电化学沉积法加速鸟粪石生成补充研究  44-52
  3.1 电化学沉积反应装置相关参数的优化  44-45
    3.1.1 实验材料  44
    3.1.2 实验设计  44-45
    3.1.3 实验分析方法  45
    3.1.4 实验数据及结论  45
  3.2 降低系统所需电压且缓解发热的实验方法研究  45-48
    3.2.1 实验材料  45-46
    3.2.2 实验设计  46
    3.2.3 实验分析方法  46
    3.2.4 实验数据及结论  46-48
  3.3 提高系统磷去除率的改进实验研究  48-52
    3.3.1 实验材料  48
    3.3.2 电化学与加碱/机械搅拌相结合  48-49
    3.3.3 极板间加设离子膜  49-52
第4章鸟粪石中磷溶出实验及其迁移转化性能探究  52-75
  4.1 实验设计  52-53
  4.2 供试土壤  53
  4.3 鸟粪石样品及普通肥料  53
  4.4 分析方法  53-56
    4.4.1 土壤总磷的分析方法  53-54
    4.4.2 无机磷的分级提取方法  54-55
    4.4.3 有效磷的测定方法  55-56
  4.5 主要仪器设备  56
  4.6 淋出液磷浓度实验数据及分析  56-61
    4.6.1 淋出液磷浓度实验数据  56-58
    4.6.2 淋出液磷浓度实验分析  58-60
    4.6.3 淋出液磷浓度实验小结  60-61
  4.7 淋溶后土壤磷状况实验数据及分析  61-75
    4.7.1 淋溶后土壤磷含量实验数据  61-67
    4.7.2 淋溶后土壤磷含量的分析与讨论  67-70
    4.7.3 淋溶后土壤磷比例的分析与讨论  70-73
    4.7.4 淋溶后土壤磷状况实验小结  73-75
第5章 pH 对鸟粪石中磷溶出率的影响探究  75-87
  5.1 不同 PH 条件下鸟粪石中磷溶出实验  75-79
    5.1.1 实验设计  75
    5.1.2 供试土壤  75-76
    5.1.3 实验数据  76-77
    5.1.4 数据分析与讨论  77-79
    5.1.5 实验小结  79
  5.2 不同 PH 的土壤栽培实验  79-87
    5.2.1 实验设计  79-80
    5.2.2 供试土壤  80
    5.2.3 供试植物  80
    5.2.4 分析方法  80
    5.2.5 实验数据  80-85
    5.2.6 数据分析与讨论  85-86
    5.2.7 实验小结  86-87
第6章结论与建议  87-91
  6.1 主要结论  87-90
    6.1.1 K~+、Ca~(2+)对鸟粪石合成反应的影响  87-88
    6.1.2 电化学加速鸟粪石生成反应研究  88-89
    6.1.3 鸟粪石中磷溶出实验及其迁移转化规律探究  89-90
    6.1.4 pH 对鸟粪石中磷溶出率的影响  90
  6.2 存在的不足与建议  90-91
参考文献  91-97
致谢  97

鸟粪石结晶影响因素探究及其肥效性能表征

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