从厌氧地下水反渗透浓缩液中回收蓝铁矿(Vivianite)的技术研究及其资源化应用

为解决反渗透(RO)浓缩液处理难题并实现铁资源回收，荷兰代尔夫特理工大学团队创新性提出蓝铁矿(Vivianite)沉淀法。研究证实该方法可从不同基质地下水和RO浓缩液中高效去除Fe2+(最高89%)，同步去除Mn2+(91%)且不影响晶体形态，但Ca2+会竞争性形成无定形磷酸钙。该技术为膜处理副产物的资源化利用提供了新思路。

　　

在全球饮用水需求激增的背景下，膜技术尤其是反渗透(RO)被广泛用于开发非传统水源。然而RO产生的浓缩液含有高浓度铁等物质，现行处理方式既面临严苛的环保法规压力，又造成资源浪费。传统曝气-过滤法虽能除铁，但存在滤床堵塞、反洗耗水及产生大量铁泥(荷兰年达10万吨)等问题。针对这些痛点，荷兰代尔夫特理工大学Roos Goedhart团队在《Water Research》发表研究，探索通过蓝铁矿(Fe₃(PO₄)₂)沉淀实现铁资源回收的新路径。

研究采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等表征手段，在三个不同地下水处理厂(TP1-TP3)开展实验。通过调节pH和磷酸盐投加量，系统考察了地下水及RO浓缩液中Fe²⁺去除效率，并首次揭示Mn²⁺、Mg²⁺和Ca²⁺等二价阳离子的协同去除机制。

主要研究结果

1. 不同基质中的铁去除效果
   TP3站点因初始铁浓度较高(2-3倍于其他站点)，在pH 9时实现89%的Fe²⁺去除率，而RO浓缩液因钙干扰仅达52%。

2. 二价阳离子的协同去除
   Mn²⁺通过晶格置换被高效去除(91%)且不影响蓝铁矿结晶；Mg²⁺仅在80 mg/L高浓度时有7%去除；Ca²⁺则与磷酸根优先结合形成无定形沉淀，显著降低铁回收率。

3. 晶体结构分析
   XRD证实沉淀物为纯蓝铁矿相，SEM显示其典型板状结构。Mn²⁺掺入会引发晶格膨胀但维持晶体形态，而Ca²⁺存在时出现非晶态物质覆盖晶体表面。

研究意义
该工作首次系统论证蓝铁矿沉淀法在复杂水质中的适用性：

1. 突破传统铁泥处理瓶颈，将污泥量减少三分之二；
2. 揭示阳离子竞争机制，为工艺优化提供理论依据；
3. 开创RO浓缩液资源化新途径，推动水处理向"零废弃"转型。研究建议后续重点攻克钙干扰问题，以拓展该技术在高压膜工艺中的应用前景。