申请日2014.02.11
公开(公告)日2014.05.14
IPC分类号G01N21/63
摘要
本发明公开了一种废水磷回收产品的养分释放特性的测定方法。该方法包括如下步骤：(1)组装激光诱导击穿光谱检测装置，激光诱导击穿光谱检测装置包括激光光源发射系统、激光传输系统、光谱接收系统、信号控制系统和样品检测管;(2)将废水磷回收产品鸟粪石与浸提液混合;(3)将混合后的浸提液加入至样品检测管中;利用激光诱导击穿光谱检测装置对浸提液进行养分动态测定，即实现对废水磷回收产品的养分释放特性的测定。本发明废水磷回收产品养分释放特性的测定方法，可实现废水磷回收产品的养分动态释放规律的快速检测，同步动态测定磷回收产品中养分镁元素、氮元素和磷元素的含量，为优化磷结晶过程参数，提高磷回收产品农用价值，提供快速检测反馈。
权利要求书
1.一种废水磷回收产品的养分释放特性的测定方法，包括如下步骤：
(1)组装激光诱导击穿光谱检测装置，所述激光诱导击穿光谱检测装置包括激 光光源发射系统、激光传输系统、光谱接收系统、信号控制系统和样品检测管;
(2)将废水磷回收产品鸟粪石与浸提液混合;
(3)将步骤(2)混合后的所述浸提液加入至所述样品检测管中;利用所述激光 诱导击穿光谱检测装置对所述浸提液进行养分动态测定，即实现对所述废水磷回收产 品的养分释放特性的测定。
2.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于：步骤(1)中，所述激光光源 发射系统采用Nd：YAG激光器;
所述Nd：YAG激光器的操作参数为：激光功率密度为10～200mJ，脉冲宽度为 3～20ns，重复频率为1～20Hz，波长为1064nm、532nm或355nm，延时时间为500～3000ns。
3.根据权利要求1或2所述的测定方法，其特征在于：步骤(1)中，所述激光 传输系统包括反射镜、穿透镜和透光镜Ⅰ;
所述反射镜与激光光源之间呈30～60°，所述反射镜与激光光源之间的距离为 5～15cm;
所述穿透镜与所述反射镜之间的距离为5～15cm且为平行设置;
所述透光镜Ⅰ与所述穿透镜之间呈30～60°，所述透光镜Ⅰ与所述穿透镜之间的 距离为5～15cm，所述透光镜Ⅰ的焦距为5～15cm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的测定方法，其特征在于：步骤(1)中，所 述光谱接收系统包括透光镜Ⅱ、光纤探头和光谱仪;
所述透光镜Ⅱ与所述光纤探头之间的距离为5～15cm且为平行设置，所述透光镜 Ⅱ的焦距为5～15cm;
所述光谱仪的操作参数为：可测光谱范围为200～1100nm，分辨率为0.05～0.2nm， 积分时间为2～200ms。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的测定方法，其特征在于：步骤(1)中，所 述信号控制系统采用脉冲信号控制器，其频率调节范围为1～10Hz。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的测定方法，其特征在于：步骤(1)中，所 述样品检测管的内径为5～20cm。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的测定方法，其特征在于：步骤(2)中，所 述废水磷回收产品鸟粪石的质量含水率为5～30%;
所述浸提液由去离子水和/或柠檬酸配制得到，所述浸提液的pH值为4～7，所述 浸提液的温度为5～35℃。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的测定方法，其特征在于：步骤(2)中，所 述废水磷回收产品鸟粪石与所述浸提液的质量比为1：10～100;
所述混合在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度为30～120r/min。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的测定方法，其特征在于：步骤(3)中，所 述浸提液加入至所述样品检测管中的流速为1～10mL/min;
步骤(3)中，所述养分动态测定的指标包括镁元素的含量、氮元素的含量和磷元 素的含量。
10.激光诱导击穿光谱检测装置在测定废水磷回收产品的养分释放特性中的应用。
说明书
一种废水磷回收产品的养分释放特性的测定方法
技术领域
本发明涉及一种废水磷回收产品的养分释放特性的测定方法，属于农业资源环境 技术领域。
背景技术
近年，废水中磷的过量排放已经成为世界性的资源环境问题，既是水体富营养化 的关键影响因子，又是环境过程磷资源流失的重要途径。因此，随着经济社会的发展， 开展废水磷素资源的回收再利用，对于可持续发展和生态文明建设，具有重要的研究 价值。
目前，回收废水中磷的方法主要有生物摄磷法、电解法、结晶法等。生物摄磷法 可利用聚磷菌过量摄取磷贮存于细胞体内，回收高磷污泥，但存在碳源不足和菌群纯 培养等难题。电解法存在处理水量小、需频繁更换电极，成本过高等技术难点。结晶 法则是通过投加结晶剂，产生磷素晶体沉淀而被回收，具有快速高效的特点。
废水磷结晶法被国内外学者公认为是一种可持续发展新技术，磷回收产品鸟粪 石，是重要的磷肥原料，可用于农业生产，缓解全球范围的磷素资源紧张矛盾。但是， 由于废水中存在大量的可溶性有机杂质和无机杂质，易与废水中的磷素共结晶沉淀， 影响磷回收产品的养分释放特性，导致磷回收产品存在农用不确定性，成为目前该技 术推广应用的主要技术瓶颈之一。因此，加强对废水磷回收产品养分释放特性的分析 测定，对于优化废水磷结晶过程参数，提高磷回收产品农用价值，推广磷结晶技术在 废水磷资源回收领域的应用，具有重要意义。
检测农用磷肥养分释放特性的方法主要是化学分析法和光谱分析法。化学分析法 存在预处理程序复杂，灵敏度不高的缺点。光谱分析法存在仪器操作复杂，检测时间 较长的问题。近年，激光诱导击穿光谱技术以其可对元素定性定量快捷灵敏检测的优 点，逐渐获得国内外学者的关注。该技术与传统的化学分析法和光谱分析法相比，具 有不需要或只需要简单的样品预处理、仪器操作简便、检测速度快、全元素分析等优 点，在液体动态组分检测方面具有突出优势。
因此，开发一种废水磷回收产品的养分释放特性的测定方法，利用激光诱导击穿 光谱技术，实现废水磷回收产品的养分动态释放规律的快速检测，成为研究与实践的 重点内容，目前未见文献报道和专利公开。
发明内容
本发明针对传统化学分析法和光谱分析法检测产品养分释放特性存在操作程序 复杂、灵敏度低、检测时间长等问题，本发明提供了一种废水磷回收产品的养分释放 特性的测定方法，利用激光诱导击穿光谱技术，实现了废水磷回收产品的养分动态释 放规律的快速检测，克服化学分析法预处理程序复杂、灵敏度不高，以及光谱分析法 操作复杂、需要较长时间等缺点。
本发明所提供的一种废水磷回收产品的养分释放特性的测定方法，包括如下步 骤：
(1)组装激光诱导击穿光谱检测装置，所述激光诱导击穿光谱检测装置包括激 光光源发射系统、激光传输系统、光谱接收系统、信号控制系统和样品检测管;
(2)将废水磷回收产品鸟粪石和浸提液混合;
(3)将步骤(2)混合后的所述浸提液加入至所述样品检测管中;利用所述激光 诱导击穿光谱检测装置对所述浸提液进行养分动态测定，即实现对所述废水磷回收产 品的养分释放特性的测定。
本发明的方法中“养分动态测定”指的是废水磷回收产品中各元素的含量;“养 分释放特性”指的是各元素含量的动态释放曲线。
上述的测定方法中，步骤(1)中，所述激光光源发射系统采用Nd：YAG激光器;
所述Nd：YAG激光器的操作参数为：激光功率密度为10～200mJ，具体可为 10～150mJ、50～100mJ、100～150mJ、10mJ、50mJ、100mJ、150mJ或200mJ，脉冲宽 度为3～20ns，具体可为3～15ns、10～15ns、3ns、10ns、15ns或20ns，重复频率为1～20Hz， 具体可为1～15Hz、5～10Hz、10～15Hz、1Hz、5Hz、10Hz、15Hz或20Hz，波长为1064nm、 532nm或355nm，延时时间为500～3000ns，具体可为500～2000ns、1000～2000ns、500ns、 1000ns、2000ns或3000ns。
上述的测定方法中，步骤(1)中，所述激光传输系统包括反射镜、穿透镜和透 光镜Ⅰ;
所述反射镜与激光光源之间呈30～60°，具体可为30～45°、45～60°、30°、45° 或60°，所述反射镜与激光光源之间的距离为5～15cm，具体可为5～10cm、10～15cm、 5cm、10cm或15cm;
所述穿透镜与所述反射镜之间的距离为5～15cm且为平行设置，具体可为5～10cm、 10～15cm、5cm、10cm或15cm;
所述透光镜Ⅰ与所述穿透镜之间呈30～60°，具体可为30～45°、45～60°、30°、 45°或60°，所述透光镜Ⅰ与所述穿透镜之间的距离为5～15cm，具体可为5～10cm、 10～15cm、5cm、10cm或15cm，所述透光镜Ⅰ的焦距为5～15cm，具体可为5～10cm、 10～15cm、5cm、10cm或15cm。
上述的测定方法中，步骤(1)中，所述光谱接收系统包括透光镜Ⅱ、光纤探头 和光谱仪;
所述透光镜Ⅱ与所述光纤探头之间的距离为5～15cm且为平行设置，具体可为 5～10cm、10～15cm、5cm、10cm或15cm，所述透光镜Ⅱ的焦距为5～15cm，具体可为 5～10cm、10～15cm、5cm、10cm或15cm;
所述光谱仪的操作参数为：可测光谱范围为200～1100nm，具体可为200～317nm、 929～1100nm、315～417nm、497～565nm、563～637nm或748～931nm，分辨率为 0.05～0.2nm，具体可为0.05～0.1nm、0.05nm、0.1nm或0.2nm，积分时间为2～200ms， 具体可为2～100ms、10～50ms、50～150ms、2ms、10ms、50ms、100ms、150ms或200ms。
上述的测定方法中，步骤(1)中，所述信号控制系统采用脉冲信号控制器，其 频率调节范围为1～10Hz，具体可为1～5Hz、5～10Hz、1Hz、5Hz或1～10Hz。
上述的测定方法中，步骤(1)中，所述样品检测管的内径为5～20cm，具体可为 5～15cm、5～10cm、10～15cm、10～20cm、5cm、10cm、15cm或20cm。
上述的测定方法中，步骤(2)中，所述废水磷回收产品鸟粪石的质量含水率为 5～30%，具体可为5～20%、5～15%、15～30%、20～30%、5%、15%、20%或30%;
所述浸提液由去离子水和/或柠檬酸配制得到，所述浸提液的pH值可为4～7，具 体可为4～6、5～7、4、5、6或7，所述浸提液的温度可为5～35℃，具体可为5～25℃、 5～20℃、15～35℃、15～25℃、20～35℃、5℃、15℃、20℃、25℃或35℃;
所述废水磷回收产品鸟粪石在所述浸提液中进行解离。
上述的测定方法中，步骤(2)中，所述废水磷回收产品鸟粪石与所述浸提液的质 量比可为1：10～100，具体可为1：10～50、1：50～100、1：10、1：50或1：100;
所述混合在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度可为30～120r/min，具体可为 30～60r/min、30～90r/min、60～120r/min、90～120r/min、30r/min、60r/min、90r/min或 120r/min。
上述的测定方法中，步骤(3)中，所述浸提液加入至所述样品检测管中的流速可 为1～10mL/min，具体可为1～5mL/min、5～10mL/min、1mL/min、5mL/min或10mL/min。
上述的测定方法中，步骤(3)中，所述养分动态测定的指标包括镁元素的含量、 氮元素的含量和磷元素的含量;
所述镁元素、氮元素和磷元素的含量是信号控制系统采集的信号数据通过预制标 准曲线计算得到的。
本发明还进一步提供了激光诱导击穿光谱检测装置在测定废水磷回收产品的养 分释放特性中的应用。
本发明提供的废水磷回收产品养分释放特性的测定方法，可实现废水磷回收产品 的养分动态释放规律的快速检测，同步动态测定磷回收产品中养分镁元素、氮元素和 磷元素的含量，为优化磷结晶过程参数，提高磷回收产品农用价值，提供快速检测反 馈。
