磷酸銨鎂除磷脫氮技術(shù)環(huán)境保護(hù)論文

1、磷酸銨鎂除磷脫氮技術(shù)環(huán)境保護(hù)論文    摘要：目前，生物脫氮除磷常采用A2O工藝，但其流程長(zhǎng)且成本高，對(duì)進(jìn)水氨氮濃度變化的適應(yīng)性及抗負(fù)荷沖擊的能力較差。本文介紹一種化學(xué)沉淀法，即MAP（Magnesium Ammonium Phosphate）脫氮除磷法。 關(guān)鍵詞：磷酸銨鎂 除磷脫氮 MAP 化學(xué)沉淀法 Removal of Ammonium and Phosphate by Magnesium Ammonium Phosphate Processonclick="g('Abs');">Abstract：Ammo

2、nium and phosphate are important causes of the eutrophication of waterThe use of magnesium salt as a precipitant in the treatment of wastewater containing phosphate and ammonium can remove both ammonium and phosphate simultaneously，resulting in the formation of a sonclick="g('edi');&quo

3、t;>ediment of magnesium ammonium phosphate，or MAP，which may be uesd as a fertilizer，at a removal rate over 90Key word：wastewater treatment；magnesium ammonium phosphate；chemical precopitation；removal of ammonium and phosphate 目前，生物脫氮除磷常采用A2O工藝，但其流程長(zhǎng)且成本高，對(duì)進(jìn)水氨氮濃度變化的適應(yīng)性及抗負(fù)荷沖擊的能力較差。本文介紹一種化學(xué)沉淀法，即MAP（Ma

4、gnesium Ammonium Phosphate）脫氮除磷法。 1 MAP除磷脫氮的基本原理 向含NH4 和PO43-的onclick="g('廢水');">廢水中添加鎂鹽，發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)如下：Mg2 HPO42- NH4 6H2OMgNH4PO4·6H2O H （1）Mg2 PO43- NH4 6H2OMgNH4PO4·6H2O （2）Mg2 H2PO4- NH4 6H2OMgNH4PO4·6H2O 2H （3）再經(jīng)重力沉淀或過(guò)濾，就得到MAP。其化學(xué)分子式是MgNH4PO4·6H2O，俗稱(chēng)鳥(niǎo)糞石；它的

5、溶度積為2.5×10-13。因?yàn)樗酿B(yǎng)分比其它可溶肥的釋放速率慢，可以作緩釋肥（SRFs）；肥效利用率高，施肥次數(shù)少；同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)化肥灼燒的情況。 2 MAP除磷脫氮的影響因素和沉淀物組成分析 2.1 Mg2 ，NH4 ，PO43-三者在反應(yīng)過(guò)程中的比例在處理氨氮onclick="g('廢水');">廢水方面，將H3PO4加入到含有MgO的固體粉末中制成一種乳狀液，對(duì)2.47×10-3mol/L氨氮onclick="g('廢水');">廢水進(jìn)行

6、處理，得出H3PO4與MgO的物質(zhì)的量之比大于1.5時(shí)，氨氮去除率最高（90以上），當(dāng)進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度為42mg/L，在最佳條件下，氨氮質(zhì)量濃度可降到0.5mg/L以下1。趙慶良2等人對(duì)5618mg/L氨氮的垃圾滲濾液進(jìn)行處理，按n(Mg2 ):(NH4 ):n（PO43-)=1:1:1投加氯化鎂和磷酸氫二鈉，onclick="g('廢水');">廢水中氨氮質(zhì)量濃度降為172mg/L，過(guò)量投加10的鎂鹽或磷酸鹽，氨氮質(zhì)量濃度可分別降為112mg/L和158mg/L，繼續(xù)提高鎂鹽或磷酸鹽的量，onclick="g

7、('廢水');">廢水中剩余氨氮質(zhì)量濃度處在100mg/L左右，很難進(jìn)一步降低。筆者對(duì)某一合金廠的質(zhì)量濃度為1600mg/L的氨氮onclick="g('廢水');">廢水進(jìn)行處理，按最佳配比n(Mg2 ):(NH4 ):n（PO43-)=1.3:1:1，加入硫酸鎂和磷酸氫二鈉，氨氮質(zhì)量濃度可降到60mg/L，對(duì)某煉油廠的氨氮含量高（1231mg/L）的onclick="g('廢水');">廢水用此方法處理，氨氮質(zhì)量濃度可降到112mg/L。在除磷方面，國(guó)外有人證

8、明，晶體純度與初始氨氮質(zhì)量濃度有關(guān)，最佳比例n(Mg2 ):(NH4 ):n（PO43-)=1:1.6:1，磷、鎂去除率達(dá)95以上3。Katsuura4認(rèn)為n(Mg):n(P)為1.3:1時(shí)，除磷效果最好。2.2 反應(yīng)的pH值MAP溶于酸不溶于堿，筆者對(duì)模擬氨氮onclick="g('廢水');">廢水進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證，證明onclick="g('廢水');">廢水在pH值為7.0以上，才會(huì)出現(xiàn)小顆粒沉淀物，當(dāng)用NaOH將pH值調(diào)至8.

9、0以上時(shí)，會(huì)出現(xiàn)大量沉淀。pH值在7.010.5之間，主要的反應(yīng)過(guò)程如式（1），（2），（3），當(dāng)pH值上升到10.512之間，固定氨會(huì)從MgNH4PO4中游離出來(lái)，生成更難溶的Mg3(PO4)2（ksp=9.8×10-25）。筆者在對(duì)無(wú)雜質(zhì)氨氮onclick="g('廢水');">廢水與含雜質(zhì)氨氮onclick="g('廢水');">廢水進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)前者pH值必須達(dá)到7.0以上，才會(huì)生成沉淀，而后者在pH值為6&

10、;#46;3左右時(shí)，水中不斷出現(xiàn)白色沉淀物，表明氨氮onclick="g('廢水');">廢水有比較大的懸浮顆粒時(shí)，沉淀物MAP可提前生成。國(guó)內(nèi)外的研究人員對(duì)MAP除磷脫氮最佳pH值進(jìn)行了研究，結(jié)果見(jiàn)表1。 表1 不同onclick="g('廢水');">廢水MAP除磷脫氮的最佳pH值onclick="g('廢水');">廢水類(lèi)型垃圾滲濾液厭氧污泥上清液城市污水氮肥廠制革onclick="g('廢水');">廢水最佳pH值8&a

11、mp;#46;59.09.09.59109.59.0從表1可以看出，生成MAP沉淀的最佳pH值范圍810，由于onclick="g('廢水');">廢水水質(zhì)不同，造成最佳pH值范圍有一定的差別。反應(yīng)pH值的調(diào)節(jié)一般采用以下方法：投加NaOH一般人們常用NaOH來(lái)調(diào)pH值，此方法操作過(guò)程簡(jiǎn)便，但需要耐腐蝕罐裝NaOH溶液。投加Mg(OH)2氫氧化鎂具有緩沖能力，pH值最高不超過(guò)9.5，即使氫氧化鎂過(guò)量也不會(huì)嚴(yán)重影響沉淀效果，而且氫氧化鎂無(wú)毒、無(wú)腐蝕，無(wú)須專(zhuān)門(mén)防

12、腐設(shè)備。不足之處，pH值與投加n(Mg):n(P)的比例不能互相獨(dú)立控制。脫氣法對(duì)厭氧消化污泥上清液生物厭氧反應(yīng)產(chǎn)生的高濃度CO2，可用脫氣法將CO2吹出3以提高pH值。Battisioni6用連續(xù)通氣方法，將上清液中的CO2從3540降到0.035，pH值也從7.9上升到8.38.6。不過(guò)這種方法只能局限于厭氧消化上清液這類(lèi)含高濃度CO2的onclick="g('廢水');">廢水。2.3 反應(yīng)時(shí)間與晶種Zdybiewska7對(duì)氮肥廠onclick="g(

13、9;廢水');">廢水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為25min時(shí)，氨氮去除率最高（80）。同時(shí)反應(yīng)時(shí)間也是形成MAP晶粒大小的因素之一。Straful在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)反應(yīng)時(shí)間1min時(shí)，晶粒長(zhǎng)度只有0.1mm，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為60min時(shí)，晶粒長(zhǎng)度達(dá)0.8mm，3h后晶粒可達(dá)3mm，雖然氮磷去除率變化不大，但是晶粒越大，沉淀效果越好。Battisioni在中試試驗(yàn)中，將0.210.35mm的石英砂填到58mm×0.42m的流化床，為MAP提供晶種，除磷效率為80。 3 沉淀物組成分析 表2是處

14、理社區(qū)onclick="g('廢水');">廢水得到的沉淀物8，可以看出沉淀物中營(yíng)養(yǎng)元素含量比較高，鎂和磷元素均高于理論值，這是因?yàn)槌恋砦镏羞€有Ca5(PO4)3OH，Mg(OH)2，Mg3(PO4)2等物質(zhì)。表2還可以看出CODcr的含量比較小，說(shuō)明沉淀物MAP很少吸收有機(jī)物。 表2 某生活污水生成的MAP的組成 組分(MgO)(P2O5)(N)(Ca)(K)(CODcr)理論值16.428.55.7實(shí)測(cè)值18.130.64.91.60&a

15、mp;#46;30.2澳大利亞Elisabeth5用這種方法回收厭氧消化污泥上清液中的磷，生成的MAP淤泥干燥快，最終產(chǎn)物呈白色細(xì)粉末（見(jiàn)表3）。 表3 厭氧污泥生成的MAP的組成 組分(Mg)(P)(N)(H2O)理論值9.912.65.744實(shí)測(cè)值9.112.45.139對(duì)厭氧消化上清液生成的MAP中的重金屬的分析結(jié)果見(jiàn)表4，由表4可以看出沉淀物MAP幾乎不吸收重金屬。用于農(nóng)家化肥，不會(huì)對(duì)莊稼產(chǎn)生危害。周娟貞9對(duì)某催化劑廠提供的轉(zhuǎn)鼓濾液（氨氮質(zhì)量濃度為7472mg/L）用MAP沉

16、淀法處理，對(duì)MAP沉淀物分析表明，Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以MgO計(jì)）為18.18，磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以P2O5計(jì)）為28左右，氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以N計(jì)）為4.5。 表4 MAP中的重金屬污染物成分分析 mg/kg組分不同MAP試樣的分析結(jié)果1234(Cd)45.544(Pb)556.95.2(Hg)0.20.10.10.14 MAP處理成本分析 沉淀MAP需要鎂鹽和磷酸鹽，沉淀1kg氨氮需要1.90kg鎂和2.0kg磷以及少量NaOH

17、，如果采用MAP沉淀法將社區(qū)onclick="g('廢水');">廢水中的氨氮從55mg/L處理到20mg/L，總運(yùn)行費(fèi)用與硝化反硝化法相當(dāng)。如果沉淀產(chǎn)物MAP作為肥料出售，就可進(jìn)一步降低成本。 5 存在的困難和發(fā)展前景 盡管有很多文章報(bào)道用此方法對(duì)不同onclick="g('廢水');">廢水所做的研究，并對(duì)沉淀物組分進(jìn)行了分析，表明沉淀物的純度接近MAP的理論值，而且?guī)缀醪晃罩亟饘?，但在?shí)際應(yīng)用上仍有許多問(wèn)題需要進(jìn)一步解決：研究顯示，當(dāng)n(PO43-)/n(NH4 )1時(shí)，可以大幅度提高除磷效率，當(dāng)n(P

18、O43-)/n(NH4 )1時(shí)，氨氮去除率較高，如何確定兩者最佳比例可以最大限度除磷脫氮，是今后研究的重點(diǎn)；尋找更好的反應(yīng)條件和反應(yīng)藥劑，提高M(jìn)AP除磷脫氮的效率，使出水NH4 和PO43-降到排放標(biāo)準(zhǔn)以下；有機(jī)物以及其它雜質(zhì)對(duì)MAP除磷脫氮過(guò)程的影響機(jī)理尚不清楚；MAP除磷脫氮的經(jīng)濟(jì)效益主要取決于沉淀設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用，當(dāng)產(chǎn)物在市場(chǎng)上轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，取得一定利潤(rùn)時(shí)，該工藝才能推廣應(yīng)用。由于此方法用藥劑量大，運(yùn)行費(fèi)用高，為了降低費(fèi)用，可用鹵水代替鎂鹽。由于傳統(tǒng)除磷脫氮工藝造成氨的浪費(fèi)，尤其是磷的流失，而目前，磷礦儲(chǔ)存量不夠人們開(kāi)采100a，所以我們要積極利用MAP除磷脫氮方法來(lái)達(dá)到N，P元素的回

19、收利用。 參考文獻(xiàn)：1鐘理，詹懷寧D O Hill化學(xué)沉淀法除去onclick="g('廢水');">廢水中的氨氮及其反應(yīng)的探討J重慶環(huán)境科學(xué)，200O，22(6)：54562趙慶良，李湘中化學(xué)沉淀法去除垃圾滲濾液中的氨氮J環(huán)境科學(xué)1999，20(5)：90923Stratful IScrimshaw M DLester J NConditions influencing the precipitation of magnesium ammonium phosphateJWater research，2001，35(17)：419141994Katsu

20、ura Hphosphate recovery from sewage by granule forming process（full scale struvite recovery from a sewage works at Shimane PrefectureJapan）In International conference on phosphate recovery from sewage and animal wasteCUKWarwick University19985Elisabeth V，Munnc，Keith BarrControlled struvite crystallization for