鸟粪石PPT课件
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形成鸟粪石晶体的影响因素
1
鸟粪石的形成过程
两个阶段: 成核阶段和成长阶段。 成核阶段，组成晶体的各种离子形成晶胚，成核期的长短随反应动力学
条件而变化; 成长阶段，组成晶体的离子不断结合到晶胚上，晶体逐渐长大，最后达
到平衡。
2
影响鸟粪石结晶的因素
鸟粪石结晶过程是一个复杂的过程，涉及到固液相的传递、反应热力 学、反应动力学以及一些物理和化学等相关知识。影响结晶的因素有 很多，主要包括pH、溶液过饱和度、混合强度和温度等
3
主要有六个方面：
pH
过饱和度
影响因素
温度 溶液湍流强度
其它杂质离子
反应时间
4
1 pH 的影响
pH 是鸟粪石结晶过程中的主要影响因素之一。pH 不仅影响鸟粪石在 溶液中的溶解度( 溶解度随着pH 的增加先减小后增大) ，还影响溶液 的过饱和度以及鸟粪石晶体的结晶速率。pH 对鸟粪石结晶过程的影 响已经被很多学者所研究，研究表明: 在pH = 8. 5 ～ 9. 5 之间时，鸟 粪石的结晶速率和参与反应的各离子的去除速率均最大。
14
6 反应时间
反应时间也是形成MAP 晶粒大小的因素之一。研究发现，反应时间 为1min 时，晶粒长度只有0． 1mm，当反应时间为60min 时，晶粒 长度达0． 8mm，3h 后晶粒可达3mm。虽然氮磷去除率变化不大， 但是晶粒越大，沉淀效果越好。
15
总结
鸟粪石结晶析出主要与溶液的过饱和度、温度、pH 值、Ca2 + 等杂质离 子的浓度有关。鸟粪石生成的最佳pH 值出现在10． 0 左右。通过一 定程度的降温可以提高鸟粪石的收获率。同时要选择合适的搅拌速度 和反应时间，过量的Mg2 + 的添加对鸟粪石沉淀法来说也是必要的
10
4 溶液湍流强度
液体的湍流程度也可影响鸟粪石晶体的结晶过。若液体的湍流程度很 低，液体进入反应器后没有立即完全混合，可能出现局部混合不均匀， 从而造成反应器局部过饱和的现象。液体的湍流程度可以影响晶体形 状和生长速率。在湍流强度较低的条件下生成的鸟粪石晶体比湍流强 度较高的条件下生成的鸟粪石晶体要修长; 鸟粪石晶体的生长速率在 不同的湍流强度下呈现不同值，生长速率在高的湍流强度下是低的湍 流条件下的20 倍左右。
5
pH的影响
pH 不仅影响鸟粪石晶体的增长速率，还会影响晶体的品质。研究表明:
随着pH
从8
升高至11，鸟粪石晶体的粒径降低了5
倍;
向含有NH
+ 4
的废水中加入PO3 4-和Mg2 + 后，在一定pH 值下可能生成的沉淀主要
有MgNH4PO4、Mg3( PO4)2和Mg( OH)2，其生成沉淀时的最低pH 分
16
2020/1/15
17
未饱和，无法生成沉淀; 当Ω = 1 时，溶液处于平衡状态; 只有当Ω ＞ 1 时，溶液处于过饱和状态，才有可能生成沉淀。在pH 值一定时，溶液 的过饱和度不仅影响鸟粪石晶体成核过程中的晶体诱导时间，而且会 影响晶体的生长速率。
7
过饱和度
随着过饱和度从1增加至5，鸟粪石晶体成核的诱导时间由2500s 缩短 至不到300s，而晶体的生长速率也由0. 5 × 10 － 6mol /min 提高至4. 5 × 10 － 6mol /min。
别为5. 5、8. 0 和10. 5。当平衡时溶液的pH 值较高时，生成的鸟粪
石沉淀在碱性条件下分解，沉淀形态由MgNH4PO4向Mg3( PO4)2转变。
pH 的改变还可能会引起NH +4向NH3转变，从而降低溶液中NH +4的
含量。
6
2 过饱和度
Ω = ( αMg2 + αNH4+ αPO43-）/Kso αi指溶液中各离子的活度，Kso表示鸟粪石的溶解度。当Ω ＜ 1 时，溶液
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3 Βιβλιοθήκη Baidu度
温度可以影响鸟粪石的溶解度和晶体的形态。温度升高，鸟粪石的溶 解度变大，溶液的过饱和度降低，生成沉淀的推动力减弱，故温度过 高不利于鸟粪石晶体的生成，由于温度可以影响溶质的相对扩散速率 和离子在晶体表面一体化的速率，故温度也可以影响晶体的生长速率。 研究者多选用25℃ ～ 35℃为鸟粪石结晶的温度条件。
13
5 其它杂质离子
溶液中的杂质离子(
如Ca2
+、K
+、CO2
－3等)会与Mg2
+、NH
+4和PO3
－ 4
发生反应生成其他沉淀，降低鸟粪石晶体的增长速率和纯度。有研究
表明:Ca2 +、CO2 －3的存在不仅会影响鸟粪石的增长速率，还会延长 晶体成核的诱导时间。Ca2 + 可与PO3 －4和CO2 3反应生成羟基磷灰石 和碳酸钙，从而影响鸟粪石的纯度
11
溶液湍流强度
液体的湍流强度过高会加速晶体的成核速率，但也会影响 晶体的生长，同时还可能会引起晶体的破碎。
影响反应器混合程度的因素有很多种，如搅拌式反应器 的搅拌速度、搅拌桨的类型，流化床反应器内的上升流速 以及颗粒大小等。主要是搅拌强度。
12
溶液湍流强度
当搅拌转速较大时，污水或污泥脱水滤液和碱液快速混合均匀，提了各 离子间和小晶体间的可能碰撞次数，但是搅拌强度过大，造成大水力 剪切作用会使碰撞在一起的离子和小晶体间无法牢固结合，小晶体无 法持续生长; 当搅拌转速较小时，虽然污水或污泥脱水滤液和碱液混 合较慢，各离子间和小晶体间可能碰撞次数相对减少，但离子和小晶 体结合后不易分离，小晶体的生长过程可以持续更长。因此要选择合 适的搅拌速度，以达到鸟粪石较大的收获率。
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鸟粪石的形成过程
两个阶段: 成核阶段和成长阶段。 成核阶段，组成晶体的各种离子形成晶胚，成核期的长短随反应动力学
条件而变化; 成长阶段，组成晶体的离子不断结合到晶胚上，晶体逐渐长大，最后达
到平衡。
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影响鸟粪石结晶的因素
鸟粪石结晶过程是一个复杂的过程，涉及到固液相的传递、反应热力 学、反应动力学以及一些物理和化学等相关知识。影响结晶的因素有 很多，主要包括pH、溶液过饱和度、混合强度和温度等
3
主要有六个方面：
pH
过饱和度
影响因素
温度 溶液湍流强度
其它杂质离子
反应时间
4
1 pH 的影响
pH 是鸟粪石结晶过程中的主要影响因素之一。pH 不仅影响鸟粪石在 溶液中的溶解度( 溶解度随着pH 的增加先减小后增大) ，还影响溶液 的过饱和度以及鸟粪石晶体的结晶速率。pH 对鸟粪石结晶过程的影 响已经被很多学者所研究，研究表明: 在pH = 8. 5 ～ 9. 5 之间时，鸟 粪石的结晶速率和参与反应的各离子的去除速率均最大。
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6 反应时间
反应时间也是形成MAP 晶粒大小的因素之一。研究发现，反应时间 为1min 时，晶粒长度只有0． 1mm，当反应时间为60min 时，晶粒 长度达0． 8mm，3h 后晶粒可达3mm。虽然氮磷去除率变化不大， 但是晶粒越大，沉淀效果越好。
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总结
鸟粪石结晶析出主要与溶液的过饱和度、温度、pH 值、Ca2 + 等杂质离 子的浓度有关。鸟粪石生成的最佳pH 值出现在10． 0 左右。通过一 定程度的降温可以提高鸟粪石的收获率。同时要选择合适的搅拌速度 和反应时间，过量的Mg2 + 的添加对鸟粪石沉淀法来说也是必要的
10
4 溶液湍流强度
液体的湍流程度也可影响鸟粪石晶体的结晶过。若液体的湍流程度很 低，液体进入反应器后没有立即完全混合，可能出现局部混合不均匀， 从而造成反应器局部过饱和的现象。液体的湍流程度可以影响晶体形 状和生长速率。在湍流强度较低的条件下生成的鸟粪石晶体比湍流强 度较高的条件下生成的鸟粪石晶体要修长; 鸟粪石晶体的生长速率在 不同的湍流强度下呈现不同值，生长速率在高的湍流强度下是低的湍 流条件下的20 倍左右。
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pH的影响
pH 不仅影响鸟粪石晶体的增长速率，还会影响晶体的品质。研究表明:
随着pH
从8
升高至11，鸟粪石晶体的粒径降低了5
倍;
向含有NH
+ 4
的废水中加入PO3 4-和Mg2 + 后，在一定pH 值下可能生成的沉淀主要
有MgNH4PO4、Mg3( PO4)2和Mg( OH)2，其生成沉淀时的最低pH 分
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未饱和，无法生成沉淀; 当Ω = 1 时，溶液处于平衡状态; 只有当Ω ＞ 1 时，溶液处于过饱和状态，才有可能生成沉淀。在pH 值一定时，溶液 的过饱和度不仅影响鸟粪石晶体成核过程中的晶体诱导时间，而且会 影响晶体的生长速率。
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过饱和度
随着过饱和度从1增加至5，鸟粪石晶体成核的诱导时间由2500s 缩短 至不到300s，而晶体的生长速率也由0. 5 × 10 － 6mol /min 提高至4. 5 × 10 － 6mol /min。
别为5. 5、8. 0 和10. 5。当平衡时溶液的pH 值较高时，生成的鸟粪
石沉淀在碱性条件下分解，沉淀形态由MgNH4PO4向Mg3( PO4)2转变。
pH 的改变还可能会引起NH +4向NH3转变，从而降低溶液中NH +4的
含量。
6
2 过饱和度
Ω = ( αMg2 + αNH4+ αPO43-）/Kso αi指溶液中各离子的活度，Kso表示鸟粪石的溶解度。当Ω ＜ 1 时，溶液
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3 Βιβλιοθήκη Baidu度
温度可以影响鸟粪石的溶解度和晶体的形态。温度升高，鸟粪石的溶 解度变大，溶液的过饱和度降低，生成沉淀的推动力减弱，故温度过 高不利于鸟粪石晶体的生成，由于温度可以影响溶质的相对扩散速率 和离子在晶体表面一体化的速率，故温度也可以影响晶体的生长速率。 研究者多选用25℃ ～ 35℃为鸟粪石结晶的温度条件。
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5 其它杂质离子
溶液中的杂质离子(
如Ca2
+、K
+、CO2
－3等)会与Mg2
+、NH
+4和PO3
－ 4
发生反应生成其他沉淀，降低鸟粪石晶体的增长速率和纯度。有研究
表明:Ca2 +、CO2 －3的存在不仅会影响鸟粪石的增长速率，还会延长 晶体成核的诱导时间。Ca2 + 可与PO3 －4和CO2 3反应生成羟基磷灰石 和碳酸钙，从而影响鸟粪石的纯度
11
溶液湍流强度
液体的湍流强度过高会加速晶体的成核速率，但也会影响 晶体的生长，同时还可能会引起晶体的破碎。
影响反应器混合程度的因素有很多种，如搅拌式反应器 的搅拌速度、搅拌桨的类型，流化床反应器内的上升流速 以及颗粒大小等。主要是搅拌强度。
12
溶液湍流强度
当搅拌转速较大时，污水或污泥脱水滤液和碱液快速混合均匀，提了各 离子间和小晶体间的可能碰撞次数，但是搅拌强度过大，造成大水力 剪切作用会使碰撞在一起的离子和小晶体间无法牢固结合，小晶体无 法持续生长; 当搅拌转速较小时，虽然污水或污泥脱水滤液和碱液混 合较慢，各离子间和小晶体间可能碰撞次数相对减少，但离子和小晶 体结合后不易分离，小晶体的生长过程可以持续更长。因此要选择合 适的搅拌速度，以达到鸟粪石较大的收获率。