磷是引起水体富营养化的主要因素之一,随着社会经济和人类活动发展,废水高效控磷和磷资源回收变得尤为重要。化学沉淀法是含磷废水常用处理方法,但其存在工艺繁琐、去除速度慢、难以回收利用等缺点,载体诱导沉淀结晶法是其改进技术,可以简化工艺,提高反应速度。本文以多种天然矿物为载体,开展诱导HAP(Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)沉淀结晶除PO₄^3-工艺研究。以含PO₄^3-配水为处理对象、Ca Cl₂为沉淀剂、10种天然矿物为诱导载体、PMB法(钼酸铵分光光度法)为测定手段开展研究:对比不同预处理方法对PO₄^3-测定的影响,获得最佳预处理条件;通过单因素试验获得无载体时PO₄^3-去除最佳条件,在此条件下,对比各载体诱导HAP沉淀结晶除PO₄^3-效果及矿物组成,分析其与去除率的定性关系;测定各载体在诱导沉淀结晶过程中的Zeta电位及其在不同体系中的等电点,分析PO₄^3-去除率与载体等电点的关系,考察不同因素对Zeta电位的影响,确定诱导沉淀结晶过程操作中的优控因素;对不同来源最佳载体诱导沉淀条件进行优化,对去除率与成份之间的相关性进行量化分析,并开展反应动力学试验;开展最佳载体表面溶出及吸附试验,并对其诱晶前后进行表征,结合Zeta电位数据、双电层理论和动力学结论,初步分析诱导HAP沉淀结晶除PO₄^3-反应过程。结果表明:(1)各预处理方法测定结果一致,相对标准偏差均很小,试验精密度高,选用取样完成后静置2 min的预处理方法对PO₄^3-进行测定;无载体时HAP沉淀最佳条件:p H为10.0,Ca/P摩尔比为4:1,反应平衡时间为80 min;加入载体后,10种载体沉淀平衡时间均显著缩短,除磁铁矿和钛铁矿以外,PO₄^3-去除率均有提高,白云石诱导效果最佳;含有Ca O、Mg O及Si O₂等组分的载体诱导效果较好,与课题组前期试验结果一致,初步说明在载体选择中应关注矿物组成。(2)诱导沉淀结晶过程中载体Zeta电位与其诱导效果密切相关,Zeta电位绝对值越小,诱导效果越好,其规律与课题组前期研究相似,可利用控制Zeta电位优控诱导沉淀过程影响因素参数,减小过程管控工作量;在沉淀平衡体系、含PO₄^3-配水体系、去离子水体系中,载体等电点越大,诱导HAP沉淀结晶效果越好,去离子水体系等电点测定最简便,验证了课题组提出的利用等电点选择载体的方法具有普适性,方法同时适用于阴、阳离子沉淀结晶载体的选择。(3)河北白云石诱导沉淀结晶效果最好,最佳试验条件为:p H值10.0,Ca/P摩尔比3:1,载体投加量40 g/L,载体粒径300-400目,反应平衡时间20 min,去除率达97.73%;白云石诱导Ni S、Pb S沉淀与HAP有相似规律,以不同成分对平衡去除率影响程度为参数选择白云石,应选择其正相关成分影响程度大且含量高的白云石;与无载体相比,加入载体后,反应活化能明显降低,在载体诱导HAP沉淀结晶过程中,可在一定范围通过提高载体投加量提高反应速率。(4)在含PO₄^3-配水体系和去离子水体系中,Ca²⁺、Mg²⁺溶出过程均符合准二级动力学模型;PO₄^3-浓度的降低主要是由于诱导沉淀结晶作用所致,且发生在载体表面;载体在诱导HAP沉淀结晶除PO₄^3-过程中荷正电,荷电形式为Ca OH₂⁺、Mg OH₂⁺,荷正电的表面离子吸引荷负电的PO₄^3-形成双电层,导致吸附层PO₄^3-浓度远大于溶液本体,添加Ca Cl₂后,吸附层HAP沉淀势变大,PO₄^3-去除率提高,HAP沉淀结晶反应活化能减小,反应速率增大。