磷酸铵镁除磷脱氮技术

更新时间:2023-07-21 15:42:19 阅读: 评论:0

磷酸铵镁除磷脱氮技术
摘要:目前,生物脱氮除磷常采用A2O工艺,但其流程长且成本高,对进水氨氮浓度变化的适应性及抗负荷冲击的能力较差。本文介绍一种化学沉淀法,即MAP(Magnesium Ammonium Phosphate)脱氮除磷法。
关键词:磷酸铵镁 除磷脱氮 MAP 化学沉淀法
 
 目前,生物脱氮除磷常采用A2O工艺,但其流程长且成本高,对进水氨氮浓度变化的适应性及抗负荷冲击的能力较差。本文介绍一种化学沉淀法,即MAP(Magnesium Ammonium Phosphate)脱氮除磷法。
1 MAP除磷脱氮的基本原理
  向含NH4+和PO43-的废水中添加镁盐,发生的主要化学反应如下:
  Mg2++HPO42-+NH4++6H2O→MgNH4PO46H2O↓+H+ (1)
  Mg2++PO43-+NH诚信英语作文4++6H2O→MgNH4PO46H2O↓   (2)
  Mg2++H2PO4-+NH4++6H2O→MgNH4POtingge46H2O↓+2H+(3)
  再经重力沉淀或过滤,就得到MAP。其化学分子式是MgNH4PO46H2O,俗称鸟粪石;它的溶度积为2.5×10-13。因为它的养分比其它可溶肥的释放速率慢,可以作缓释肥(SRFs);肥效利用率高,施肥次数少;同时不会出现化肥灼烧的情况。
2 MAP除磷脱氮的影响因素和沉淀物组成分析
  2.1 Mg2+,NH4+,PO43-三者在反应过程中的比例
  在处理氨氮废水方面,将H3PO4加入到含有MgO的固体粉末中制成一种乳状液,对2.47×10-3mol/L氨氮废水进行处理,得出H3PO4与MgO的物质的量之比大于1.5时,氨氮去除率最高(90%以上),当进水氨氮质量浓度为42mg/L,在最佳条件下,氨氮质量浓度可降到0.5mg/L以下[1]。赵庆良[2]等人对5618mg/L氨氮的垃圾渗滤液进行处理,按n(Mg2+):(NH4+):n(PO43-)=1:1:1投加氯化镁和磷酸氢二钠,废水中氨氮质量浓度降为172mg/L,过量投加10%的镁盐或磷酸盐,氨氮质量浓度可分别降为112mg/L和158mg/L,继续提高镁盐或磷酸盐的量,废水中剩余氨氮质量浓度处在100mg/L左右,很
难进一步降低。笔者对某一合金厂的质量浓度为1600mg/L的氨氮废水进行处理,按最佳配比n(Mg2+):(NH4+):n(PO43-)=1.3:1:1,加入硫酸镁和磷酸氢二钠,氨氮质量浓度可降到60mg/L,对某炼油厂的氨氮含量高(1231mg/L)的废水用此方法处理,氨氮质量浓度可降到112mg/L。
  在除磷方面,国外有人证明,晶体纯度与初始氨氮质量浓度有关,最佳比例n(Mg2+):(NH4+):n(PO43-)=1:1.6:1,磷、镁去除率达95%以上[3]。Katsuura[4]认为n(Mg):n(P)为1.3:1时,除磷效果最好。
  2.2 反应的pH值
  MAP溶于酸不溶于碱,笔者对模拟氨氮废水进行重复验证,证明废水在pH值为7.0以上,才会出现小颗粒沉淀物,当用NaOH将pH值调至8.0以上时,会出现大量沉淀。pH值在7.0~10.5之间,主要的反应过程如式(1),(2),(3),当pH值上升到10.5~12之间,固定氨会从MgNH4PO4中游离出来,生成更难溶的Mg3(PO4)2(ksp=9.8×10-25)。
  笔者在对无杂质氨氮废水与含杂质氨氮废水进行比较,发现前者pH值必须达到7.0以上,才会生成沉淀,而后者在pH值为6.3左右时,水中不断出现白色沉淀物,表明氨氮废水有比较大的悬浮颗粒时,沉淀物MAP可提前生成。
  国内外的研究人员对MAP除磷脱氮最佳pH值进行了研究,结果见表1。
表1 不同废水MAP除磷脱氮的最佳pH值
废水类型
垃圾渗滤液
厌氧污泥上清液
城市污水
氮肥厂
制革废水
最佳pH值
8.5~9.0
9.0~9.5
9~10
9.5
9.0
  从表1可以看出,生成MAP沉淀的最佳pH值范围8~10,由于废水水质不同,造成最佳pH值范围有一定的差别。
  反应pH值的调节一般采用以下方法:
  ①投加NaOH
  一般人们常用NaOH来调pH值,此方法操作过程简便,但需要耐腐蚀罐装NaOH溶液。
cut out  ②投加Mg(OH)2
  氢氧化镁具有缓冲能力,pH值最高不超过9.5,即使氢氧化镁过量也不会严重影响沉淀效果,而且氢氧化镁无毒、无腐蚀,无须专门防腐设备。不足之处,pH值与投加n(Mg):n(P)的比例不能互相独立控制。
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  ③脱气法
  对厌氧消化污泥上清液生物厌氧反应产生的高浓度CO2,可用脱气法将CO2吹出[3]以提高pH值。Battisioni[6]用连续通气方法,将上清液中的CO2从35%~40%降到0.035%,pH值也从7.9上升到8.3~8.6。不过这种方法只能局限于厌氧消化上清液这类含高浓度CO2的废水。
  2.3 反应时间与晶种
  Zdybiewska[7]对氮肥厂废水进行实验,发现当反应时间为25min时,氨氮去除率最高(80%)。同时反应时间也是形成MAP晶粒大小的因素之一。Straful在实验中发现反应时间1min时,晶粒长度只有0.1mm,当反应时间为60min时,晶粒长度达0.8mm,3h后晶粒可达3mm,虽然氮磷去除率变化不大,但是晶粒越大,沉淀效果越好。Battisioni在中试试验中,将0.21~0.35mm的石英砂填到φ58mm×0.42m的流化床,为MAP提供晶种,除磷效率为80%。
3 沉淀物组成分析
  表2是处理社区废水得到的沉淀物[8],可以看出沉淀物中营养元素含量比较高,镁和磷元
素均高于理论值,这是因为沉淀物中还有Ca5(PO4)3quanticoOH,Mg(OH)2,Mg3(PO4)2等物质。表2还可以看出CODcr的含量比较小,说明沉淀物MAP很少吸收有机物。
表2 某生活污水生成的MAP的组成
组分
ω(MgO)
ω(P2O5)
ω(N)
ω(Ca)
ω(K)
ω(CODcr)
理论值
16.4
28.5
5.7
实测值
18.1
30.6
4.9
1.6
0.3
0.2
  澳大利亚Elisabeth[5]用这种方法回收厌氧消化污泥上清液中的磷,生成的MAP淤泥干燥快,最终产物呈白色细粉末(见表3)。
表3 厌氧污泥生成的MAP的组成
组分
ω(Mg)
ω(P)
ω(N)
ω(H2O)
理论值
9.9
12.6
考研英语真题下载5.7
44
实测值
9.1
12.4
5.1演讲口才培训
39
  对厌氧消化上清液生成的MAP中的重金属的分析结果见表4,由表4可以看出沉淀物MAP
几乎不吸收重金属。用于农家化肥,不会对庄稼产生危害。
  周娟贞[9]对某催化剂厂提供的转鼓滤液(氨氮质量浓度为7472mg/L)用MAP沉淀法处理,对MAP沉淀物分析表明,Mg的质量分数(以MgO计)为18.18%,磷的质量分数(以P2O5计)为28%左右,氮的质量分数(以N计)为4.5%。
表4 MAP中的重金属污染物成分分析 mg/kg
组分
不同MAP试样的分析结果
1
2
fundamentum
3
4
ω(Cd)
<4
5.5
<4
<4
ω(Pb)
<5
<5
6.9
5.2
ω(Hg)
0.2
<0.1
<0.1
<0.1
4 MAP处理成本分析
  沉淀MAP需要镁盐和磷酸盐,沉淀1kg氨氮需要1.90kg镁和2.0kg磷以及少量NaOH,如果采用MAP沉淀法将社区废水中的氨氮从55mg/L处理到20mg/L,总运行费用与硝化反硝化法相当。如果沉淀产物MAP作为肥料出售,就可进一步降低成本。
5 存在的困难和发展前景
  尽管有很多文章报道用此方法对不同废水所做的研究,并对沉淀物组分进行了分析,表明沉淀物的纯度接近MAP的理论值,而且几乎不吸收重金属,但在实际应用上仍有许多问题需要进一步解决:
  ①研究显示,当n(PO43-)/n(NH4+)<1时,可以大幅度提高除磷效率,当n(PO43-)/n(NH4+)>1时,氨氮去除率较高,如何确定两者最佳比例可以最大限度除磷脱氮,是今后研究的重点;
  ②寻找更好的反应条件和反应药剂,提高MAP除磷脱氮的效率,使出水NH4+和PO43-降到排放标准以下;
  ③有机物以及其它杂质对MAP除磷脱氮过程的影响机理尚不清楚;
  ④MAP除磷脱氮的经济效益主要取决于沉淀设备的投资和运行费用,当产物在市场上转化为产品,取得一定利润时,该工艺才能推广应用。
  由于此方法用药剂量大,运行费用高,为了降低费用,可用卤水代替镁盐。由于传统除磷脱氮工艺造成氨的浪费,尤其是磷的流失,而目前,磷矿储存量不够人们开采100a,所以我们要积极利用MAP除磷脱氮方法来达到N,P元素的回收利用。
参考文献密友是什么意思:
[1]钟理,詹怀宁.D O Hill.化学沉淀法除去废水中的氨氮及其反应的探讨[J].重庆环境科学,200O,22(6):54~56.
[2]赵庆良,李湘中.化学沉淀法去除垃圾渗滤液中的氨氮[J].环境科学.1999,20(5):90~92.
[3]Stratful I.Scrimshaw M D.Lester J N.Conditions influencing the precipitation of magnesium ammonium phosphate[J].Water rearch,2001,35(17):4191~4199.
[4]Katsuura H.phosphate recovery from wage by granule forming process(full scale struvite recovery from a wage works at Shimane Prefecture.Japan).In International conference on phosphate recovery from wage and animal waste[C].UK.Warwick University.1998.
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uvite crystallization without addition of chemicals:preliminary results[j].Water rearch,1997,31(11):2925~2929.
[7]Zdybiewska M W,Kula B.Removal of ammonia nitrogen by the precipitaition method,on the examplee of some lected waste waters[J].Wat Sci Tech,1991,24(7):229~234.
[8]Schulze-Rettmer R.The simultaneous chemical precipitation of ammonium and phosphate in the form of magnesium-ammonlum-phos-phate[J].Wat Sci Tech.1991(23):659~667.
[9]周娟贞.化学沉淀法治理高浓度氨氮废水的研究[J].净水技术,1992,11(4):13~14.

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