【摘要】：本論文以黃水中氮、磷、鉀的高效資源化為目標(biāo),研究了適宜于農(nóng)村、山區(qū)等地區(qū)小規(guī)模應(yīng)用的非稀釋黃水穩(wěn)定化—蒸發(fā)原位處理工藝,以及適宜于城市地區(qū)應(yīng)用的稀釋腐熟黃水磷酸鉀鎂反應(yīng)結(jié)晶工藝,以優(yōu)化固液分離效率為目標(biāo),重點(diǎn)研究了磷酸鉀鎂在攪拌式結(jié)晶器和流化床結(jié)晶器中的結(jié)晶動力學(xué)特征,解析了晶體粒徑控制的機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)Ca(OH)_2投加對非稀釋黃水中的尿素水解有抑制效果。結(jié)合熱力學(xué)模型模擬和試驗(yàn)研究了不同條件下穩(wěn)定化反應(yīng)的效果,結(jié)果表明Ca(OH)_2的投加能夠使非稀釋黃水的pH升高至12以上,能有效抑制尿素的水解。結(jié)合試驗(yàn)和模型模擬的結(jié)果,對穩(wěn)定化反應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化分析,結(jié)果表明,穩(wěn)定化反應(yīng)能夠在常溫下順利進(jìn)行,Ca(OH)_2的推薦投加量為至少10 g·L~(-1)。采用穩(wěn)定化—蒸發(fā)組合工藝對非稀釋黃水進(jìn)行了處理。蒸發(fā)的最終析出產(chǎn)物為包含尿素和鉀的混合固形物;蒸發(fā)過程中黃水的穩(wěn)定性良好,pH能在較長時間內(nèi)維持在12以上,當(dāng)運(yùn)行周期為一個月時,尿素的分解率僅為5%。蒸發(fā)過程中,當(dāng)黃水體積濃縮至初始體積1/60時,尿素的析出速率急劇增加,尿素是蒸發(fā)析出產(chǎn)物中的主要成分。當(dāng)Ca(OH)_2投加量為10 g·L~(-1)時,穩(wěn)定化—蒸發(fā)工藝的產(chǎn)率為:1 L黃水產(chǎn)出24.8 g固體產(chǎn)品,氮、磷、鉀的回收率分別為90%、92%、98%。利用攪拌式結(jié)晶器對磷酸鉀鎂結(jié)晶開展了優(yōu)化研究。通過耦合粒數(shù)衡算方程求解和濁度監(jiān)測,測算了磷酸鉀鎂的結(jié)晶動力學(xué)特性,解析了MgCl_2加料方式和攪拌轉(zhuǎn)速對于磷酸鉀鎂結(jié)晶過程的作用機(jī)制。通過過飽和度、攪拌轉(zhuǎn)速、加料方式的優(yōu)化能夠在一定程度上提高磷酸鉀鎂的結(jié)晶粒徑,然而最優(yōu)條件下最大粒徑僅能達(dá)到63μm,通過反應(yīng)條件的優(yōu)化對磷酸鉀鎂晶體粒徑的增大作用有限。利用流化床結(jié)晶器對磷酸鉀鎂結(jié)晶進(jìn)行了優(yōu)化。流化床最佳運(yùn)行參數(shù)為:pH為10.5,Mg:P摩爾比為1:1,過飽和度為3.0,表觀流速為350 cm·min~(-1)。優(yōu)化條件下流化床的運(yùn)行表明,顆粒最大粒徑達(dá)4 mm,平均純度達(dá)86±2%;鉀和磷的去除效率分別達(dá)20~35%和80~90%。測算得到了晶體的生長速率表達(dá)式:G=5.046×10~(-9)SV~(0.88)S~(1.96),耦合物料衡算組合方程,構(gòu)建了流化床運(yùn)行模型。運(yùn)用該模型對穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的出水進(jìn)行模擬,結(jié)果與實(shí)際結(jié)果吻合良好。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X703
【圖文】：

非稀釋黃水的收集裝置

投加對新鮮黃水中尿素的穩(wěn)定化研究23圖2.6 文獻(xiàn)報道中無定形磷酸鈣在掃描電鏡下的形態(tài)（a：無定形磷酸鈣（Kim et al., 2005）；b：無定形磷酸鈣（Szilágyi et al., 2015））圖2.7 穩(wěn)定化沉淀產(chǎn)物的掃描電鏡圖圖2.8 掃描電鏡和能譜儀分析黃水穩(wěn)定化過程中形成的沉淀（左：個體小，球形顆粒聚集形成的附聚物的組成為 Ca、O、P、Mg；右：較大晶體顆粒的主要成分為 Ca 和 O）a ba bb

圖2.6 文獻(xiàn)報道中無定形磷酸鈣在掃描電鏡下的形態(tài)（a：無定形磷酸鈣（Kim et al., 2005）；b：無定形磷酸鈣（Szilágyi et al., 2015））圖2.7 穩(wěn)定化沉淀產(chǎn)物的掃描電鏡圖圖2.8 掃描電鏡和能譜儀分析黃水穩(wěn)定化過程中形成的沉淀（左：個體小，球形顆粒聚集形成的附聚物的組成為 Ca、O、P、Mg；右：較大晶體顆粒的主要成分為 Ca 和 O）a ba bb

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2765443