一种用于分析污泥中铁磷化合物形态含量的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于分析污泥中铁磷化合物形态含量的方法，属于污泥分析技术领域。该方法包括：首先，将污泥离心、弃去上清液后冷冻干燥、研磨、过筛后放入干燥器中保存；其次，称取干污泥放在反应器内，按顺序分步加入不同提取试剂以提取污泥中不同磷组分；然后，再称取干污泥放在反应器内，按顺序分步加入不同提取试剂以提取污泥中不同铁组分；最后分别利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)技术分析干污泥中的官能团及元素组成，确定污泥中铁磷化合物的存在形态。本发明专利技术方法操作简单，可以科学准确地解析污泥中铁磷化合物的形态含量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于分析污泥中铁磷化合物形态含量的方法
本专利技术涉及一种用于分析污泥中铁磷化合物形态含量的方法，属于污泥分析

技术介绍
磷是生命最重要的营养元素之一，在植物生长及粮食生产中起着不可替代的关键作用。磷的主要来源是磷矿石，然而随着世界范围内对磷资源的需求量逐年上升，据估计全球现存的磷矿石储量将在下一个50～100年内耗尽。目前全球每年大约有130万吨磷进入污水厂中进行处理，污泥作为污水处理的副产物同样含有大量以各种形式存在的磷，因此污泥被认为是最重要的潜在磷资源之一。另一方面，随着水体富营养化问题日益严重，我国对于城镇污水处理厂磷的排放标准也越来越严格。因此近年来，污水厂通常在生物除磷工艺的基础上辅以化学除磷以强化除磷效果。其中，铁盐由于除磷效果好、价格低廉、能防止消化反应器内硫化氢的产生等优势，使用非常广泛。然而，投加的铁会和污水中的磷结合形成铁磷化合物进入污泥中，铁磷化合物在污泥厌氧消化过程中不易释磷，且污泥中部分通过厌氧消化释出的磷会和过量的铁盐结合重新沉淀，不利于后续通过鸟粪石等技术回收磷。目前还没有一种经济可行的方法能从含铁磷化合物污泥中有效释放出磷，主要原因是对污泥中铁磷化合物的形态缺乏了解。铁属于过渡金属，化学性质较为复杂，其存在多个氧化态，其中+2价和+3价最为常见。在中性或碱性溶液中，溶解态铁(Fe(III)/Fe(II))可迅速水解形成不溶性铁氧化物，包括无定形氧化物或晶体氧化物。磷酸根会吸附在铁氧化物表面或与铁氧化物共沉淀。同时，溶解态铁也可直接与磷酸盐反应形成磷酸铁类化合物，包括磷酸铁和羟基磷酸铁。此外，污泥中的铁磷化合物形态可能会受污水厂的不同条件的影响而发生转变。由于铁盐除磷工艺在城市污水处理厂的广泛应用，分析铁盐除磷污泥中铁磷化合物的存在形态及含量，能为污泥中磷的有效释放及回收提供基础数据，具有十分重大的现实意义。公开号为CN106290312A的专利技术专利公开了一种石灰性紫色土磷素分级方法，其采用分级提取方法来对石灰性紫色土中不同形态磷元素进行定性定量分离，但是该方法只能用于分析石灰性紫色土中的磷元素形态，而无法有效确定污泥中铁磷化合物的存在形态及含量，且该方法操作步骤过于复杂存在较大测定误差，不适用于污泥中铁磷化合物的分析。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本专利技术提供一种用于分析污泥中铁磷化合物形态含量的方法，该方法操作简单，首先通过不同化学提取试剂的选择和提取顺序对污泥中的各磷组分和铁组分进行科学准确的提取，然后再结合仪器对污泥中铁磷化合物的存在形态进行辅助定性分析，可以科学准确地解析污泥中铁磷化合物的形态含量。为实现以上技术目的，本专利技术的技术方案是：一种用于分析污泥中铁磷化合物形态含量的方法，该方法包括以下步骤：(1)将污泥离心、弃去上清液后冷冻干燥、研磨、过筛后放入干燥器中保存；(2)称取0.01g干污泥放在反应器内，按顺序分步加入10mL去离子水、15mL0.027mol/L的pH值7～8的硫化钠溶液、15mL0.1mol/L的氢氧化钠溶液和15mL0.5mol/L的盐酸溶液，在20～30℃条件下分别对应振荡1～2h、24～30h、1～2h和1～2h，剩余污泥在250℃条件下加酸消解6～10h，以提取污泥中的不同磷组分；测定氢氧化钠提取液中正磷酸盐浓度和总磷浓度和其余各步提取液中的正磷酸盐浓度，计算污泥中各磷组分的含量；(3)另称取0.01g干污泥放在反应器内，按顺序分步加入15mL1mol/L的硝酸钾和0.5mol/L的氟化钾混合液、15mL0.1mol/L的焦磷酸钠溶液、15mL0.1mol/L的乙二胺四乙酸溶液和15mL0.11mol/L的碳酸氢钠-连二亚硫酸钠溶液，在20～30℃条件下分别对应振荡15～20、15～20、15～20和1～2h，剩余污泥在250℃条件下加酸消解6～10h，以提取污泥中的不同铁组分；测定各步提取液中铁浓度，计算污泥中各铁组分的含量；(4)分别利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)技术分析干污泥中的官能团及元素组成，确定污泥中铁磷化合物的存在形态。优选地，步骤(2)和步骤(3)中所述的分步加入是指按顺序先加入一种提取试剂，振荡离心，取出上清液，下层污泥用去离子水水洗两遍后再加入下一种试剂。优选地，步骤(2)和步骤(3)中所述的酸为3mL浓硝酸、1mL浓盐酸和1mL氢氟酸混合后形成的酸。本专利技术利用不同化学试剂分步提取污泥中各磷组分与铁组分时，每步所使用的提取试剂种类、浓度、提取时间及提取组分分别总结如表1、2所示。其中，在提取铁组分时，前三步提取的铁组分主要是与磷酸盐结合的铁，而后两步提取的主要是与铁氧化物结合的铁。表1磷组分化学提取法.表2铁组分化学提取法除有机磷外每步提取的磷组分含量按式(1)计算；有机磷组分含量按式(2)计算，每步提取的铁组分含量按式(3)计算。其中：wP——除有机磷外每步提取的磷组分含量，gP/kgdw；wOP——有机磷组分含量，gP/kgdw；wFe——每步提取的铁组分含量，gFe/kgdw；cP——各磷组分对应每步提取液中PO43--P浓度，mg/L；cTP——氢氧化钠提取液中总磷TP浓度，mg/L；cFe——各铁组分对应每步提取液中Fe浓度，mg/L；m——称取的干污泥质量，g；与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：1.本专利技术方法操作简便，样品用量少。2.本专利技术利用逐级分离提取对污泥中的各磷组分和铁组分进行细分量化，通过不同化学提取试剂的选择和提取顺序，既保证了各磷组分和铁组分分离的科学性和准确性，又能给出各种磷组分和铁组分的含量及其所占百分比，可以实现对污泥中铁磷化合物的形态及含量的分析；同时本专利技术还利用仪器对污泥中铁磷化合物的存在形态进行辅助定性分析，可以提高分析的准确度。3.本专利技术方法可以有效区分磷酸铁类化合物与铁氧化合物，为解析污泥中铁磷化合物的形态含量提供了重要的理论依据，为污泥中磷的有效释放及回收提供了重要的基础数据。附图说明图1是实施例1中污泥的FTIR谱图；图2是实施例1中污泥的XPS谱图(Fe2p3/2)；图3是实施例1中污泥的XPS谱图(P2p)；图4是实施例2中污泥的XPS谱图(Fe2p3/2)；图5是实施例2中污泥的XPS谱图(P2p)；图6是实施例3中污泥的XPS谱图(Fe2p3/2)；图7是实施例3中污泥的XPS谱图(P2p)；具体实施方式下面通过实施例子，进一步阐述本专利技术的特点，但不对本专利技术的权利要求做任何限定。实施例1(1)将取自上海某污水处理厂的回流污泥离心、弃去上清液后冷冻干燥、研磨、过200目筛后放入干燥器中保存。(2)称取0.01g干污泥放入50mL离心管中，按顺序分步加入10mL去离子水、15mL0.027mol/L的pH值7～8的硫化钠溶液、15mL0.1mol/L的氢氧化钠溶液和15mL0.5mol/L的盐酸溶液，在25℃条件下分别对应振荡1h、24h、1h和1h，其中，每加入一种提取试剂振荡结束后，均离心分离出上清液，下层污泥均用10mL去离子水洗涤两次后再加入下一种提取试剂，其中，每步提取的上清液与水洗上清液合并成为提取液；剩余污泥在250℃条件下加入3mL浓硝酸、1mL浓盐酸和1mL氢氟酸混合后形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于分析污泥中铁磷化合物形态含量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将污泥离心、弃去上清液后冷冻干燥、研磨、过筛后放入干燥器中保存；(2)称取0.01g干污泥放在反应器内，按顺序分步加入10mL去离子水、15mL 0.027mol/L的pH值7～8的硫化钠溶液、15mL 0.1mol/L的氢氧化钠溶液和15mL 0.5mol/L的盐酸溶液，在20～30℃条件下分别对应振荡1～2h、24～30h、1～2h和1～2h，剩余污泥在250℃条件下加酸消解6～10h，以提取污泥中的不同磷组分；测定氢氧化钠提取液中正磷酸盐浓度和总磷浓度和其余各步提取液中的正磷酸盐浓度，计算污泥中各磷组分的含量；(3)另称取0.01g干污泥放在反应器内，按顺序分步加入15mL 1mol/L的硝酸钾和0.5mol/L的氟化钾混合液、15mL 0.1mol/L的焦磷酸钠溶液、15mL 0.1mol/L的乙二胺四乙酸溶液和15mL 0.11mol/L的碳酸氢钠‑连二亚硫酸钠溶液，在20～30℃条件下分别对应振荡15～20、15～20、15～20和1～2h，剩余污泥在250℃条件下加酸消解6～10h，以提取污泥中的不同铁组分；测定各步提取液中铁浓度，计算污泥中各铁组分的含量；(4)分别利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)技术分析干污泥中的官能团及元素组成，确定污泥中铁磷化合物的存在形态。...

【技术特征摘要】
1.一种用于分析污泥中铁磷化合物形态含量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将污泥离心、弃去上清液后冷冻干燥、研磨、过筛后放入干燥器中保存；(2)称取0.01g干污泥放在反应器内，按顺序分步加入10mL去离子水、15mL0.027mol/L的pH值7～8的硫化钠溶液、15mL0.1mol/L的氢氧化钠溶液和15mL0.5mol/L的盐酸溶液，在20～30℃条件下分别对应振荡1～2h、24～30h、1～2h和1～2h，剩余污泥在250℃条件下加酸消解6～10h，以提取污泥中的不同磷组分；测定氢氧化钠提取液中正磷酸盐浓度和总磷浓度和其余各步提取液中的正磷酸盐浓度，计算污泥中各磷组分的含量；(3)另称取0.01g干污泥放在反应器内，按顺序分步加入15mL1mol/L的硝酸钾和0.5mol/L的氟化钾混合液、15mL0.1mol/L的焦磷酸钠溶液、15mL0.1mol/L的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李咏梅，张冰倩，王林，卢可馨，张强，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31