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磷回收無需聚焦鳥糞石

磷危機導致磷回收研究與應用，這已是歐美國家在污水處理技術研發方面20多年的行動。起初，研究與應用多聚焦于鳥糞石(MgNH4PO46H2O)，主要是因為污水中普遍含有鎂、銨及其磷酸鹽，且鳥糞石中P2O5含量高達51.8%(以MgNH4PO4計)，比天然磷礦最高46%的P2O5含量還要高。大多數文獻顯示，鳥糞石通常在pH=9.0~10.7的堿性條件下可以形成。然而，這只是用XRD比對天然鳥糞石衍射峰作出的結論。實際上，XRD僅能對晶體物質分析，而對大多無定形沉淀物難以比對。所以，XRD分析是定性的而非定量。我們采用酸解元素分析法對所獲得的回收磷酸鹽產物分析發現，堿性pH下很難獲得高含量鳥糞石，當pH=10.5時沉淀物中根本就不存在鳥糞石。進言之，形成高鳥糞石含量(90%)的pH在接近中性(7.0~7.5)范圍。但在中性pH條件下，形成鳥糞石的速度異常緩慢，需要催化加速。但是，加速手段勢必導致回收成本劇增。另一方面，作為一種緩釋肥，鳥糞石很少直接被用作肥料，大多數情況下鳥糞石應該是被送至化肥廠作為磷礦石加工磷肥。在化肥廠，所有磷酸鹽化合物或被酸解或被熱解后提取磷酸鹽(PO43-)后制作磷肥。可見，污水處理沒有必要聚焦鳥糞石，應該因地制宜回收下游企業可以接收的其它高磷酸鹽含量化合物。這一學術觀點，于2013年發表在《Environmental Science & Technology》的Viewpoint欄目。現將觀點整理為中文分享大家。pH做為基本的污水指標，勢必成為供求的熱點，這對廣大的E-1312 pH電極制造商，比如美國BroadleyJames來說是個重大利好。美國BroadleyJames做為老牌的E-1312 pH電極制造商，必將為中國的環保事業帶來可觀的經濟效益。我們美國BroadleyJames生產的E-1312 pH電極經久耐用，質量可靠，測試準確，廣泛應用于各級環保污水監測以及污水處理過程。

磷是地球所有生命形式的一種的宏量營養元素，也是一種難以持續供應的自然資源。據估計，如果人類對化肥需求保持每年3%增長速度，剩余可利用的磷礦石儲量將在50年內耗盡。減少磷礦使用量將有助于儲量持續相對延長，這就需要對污/廢水以及牲畜糞便中儲存的磷進行回收。因此，從污水中去除營養物實際上近年已與磷回收有機結合。

鳥糞石(MgNH4PO4·6H2O)通常被認為是最佳的磷酸鹽回收產物，因為它含有51.8%的P2O5(以MgNH4PO4計)，并有可能被用作緩釋肥料。然而，如果考慮到經濟和生命周期成本，很明顯，基于磷酸鹽回收鳥糞石可能并不是方法，這是因為：1)從真實污水中生產高含量鳥糞石較為困難，也不經濟；2)在肥率方面，鳥糞石并比其它磷酸鹽類化合物具有明顯優勢，它也不是化肥工業所青睞的磷酸鹽類礦物質。

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學術文獻與工程實踐均顯示，鳥糞石沉淀通常需在堿性條件下進行，這一堿性條件通過可以通過投加堿性物質或吹脫CO2來完成。人們通常理所應當地認為，在pH=9.0~10.7范圍內，只要鎂、銨與磷酸鹽之間存在適當的摩爾比(1:1:1)時，便可以很容易形成鳥糞石沉淀。在礦物組分分析時，X射線衍射(XRD)經常被用來描述所收獲的結晶沉淀物，主要是通過與參照物——天然純鳥糞石進行衍射峰位置和強度進行比較確定。但是，XRD并非是一種定量分析方法，那些無定形沉淀物很容易因此被忽略。這就常常誤導了很多人，他們認為XRD可以確定鳥糞石的存在與否與含量。而事實上，XRD只能定性確定是否存在鳥糞石，但并不能定量之。

實際上，廣泛報道在高pH值(>9.0)下形成的鳥糞石實際上可能都是一些含量極低或根本沒有鳥糞石磷酸鹽化合物。這可以通過對沉淀物酸溶后的元素分析來清晰揭示，如圖1所示。圖1表明，能夠形成鳥糞石晶體的最佳pH值范圍(鳥糞石含量≥90%)實際上接近中性pH值，而不是文獻報道中通常引用的堿性pH值。只有在pH=7.0~7.5時才能獲得高含量(>95%)鳥糞石沉淀物。在pH值為8.0~9.0時，鳥糞石含量下降到30~70%左右，超過pH>9.5時，鳥糞石含量急劇下降至<30%。更高pH(>10.5)會導致沉淀物中鳥糞石*消失(圖1)。沉淀物中NH4+含量隨著pH值增加而下降，這可能是由于NH4+離子轉化為NH3。此外，還可能形成少量K-鳥糞石(MgKPO4)；沉淀物中Ca2+出現充分表明，在實際污水中采用高pH值會帶入外來離子，從而使雜質進入沉淀物(圖1)。