沉淀氣浮法可以克服化學(xué)沉淀法處理化肥廠廢水時(shí)的固液分離困難的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高效的固液分離。

所用沉淀劑為化學(xué)純的磷酸氫二鈉（Na2HPO4·12H2O）和氯化鎂（MgCl2·6H2O），使用時(shí)直接添加固體。氣浮劑十二酸鈉為化學(xué)純藥劑，使用時(shí)配成0.5％的溶液添加。沉淀試驗(yàn)時(shí)只添加沉淀劑，氣浮試驗(yàn)時(shí)氣浮劑和沉淀劑一起添加。pH值無特殊說明均為藥劑添加前的pH值。 
    
試驗(yàn)分為沉淀和氣浮兩個(gè)步驟，先進(jìn)行沉淀試驗(yàn)，確定最佳條件后再進(jìn)行氣浮試驗(yàn)。沉淀試驗(yàn)過程如下：每次用量筒取試驗(yàn)廢水 400mL置于燒杯中，先用酸或堿調(diào)整到規(guī)定的pH值，加入規(guī)定量的沉淀劑，快速攪拌 5min，靜置 20min后用真空過濾機(jī)過濾，分析濾液中的氨氮質(zhì)量濃度。氨氮的測(cè)定用納氏試劑比色法。以氨氮沉淀率評(píng)價(jià)氨氮沉淀的效果，它是指沉淀前后氨氮濃度的差值與試驗(yàn)廢水初始氨氮濃度比值的百分?jǐn)?shù)。所得固體在 50 oC烘干 4h后制樣，用X射線粉晶衍射儀確定其成分。

因?yàn)樵囼?yàn)中涉及到沉淀劑添加量的表示，在此給予說明，用N表示NH4＋的物質(zhì)的量，用Mg表示Mg2＋物質(zhì)的量，用P表示PO43－的物質(zhì)的量，N：Mg：P表示NH4＋、Mg2＋和PO43－的物質(zhì)的量比，所有比例都以NH4＋物質(zhì)的量為1為基準(zhǔn)，N＝Mg表示NH4＋和Mg2＋兩者的物質(zhì)的量相等， 敘述中磷的添加量為1即表示所添加的磷酸氫二鈉中所含的PO43－與NH4＋的物質(zhì)的量比為1，余者類推。 
    
氣浮試驗(yàn)是在氣浮柱內(nèi)完成的，具體試驗(yàn)裝置見圖1。氣浮時(shí)添加沉淀劑和氣浮劑混合均勻后攪拌5 min，然后將水樣直接加入到氣浮柱6中。開動(dòng)空氣壓縮機(jī)1后，打開閥門3并調(diào)節(jié)其大小使氣壓表2保持在0.25MPa，經(jīng)氣體流量計(jì)4后由布?xì)獍?產(chǎn)生微小氣泡進(jìn)行氣浮。同時(shí)浮出物會(huì)從泡沫產(chǎn)品收集槽7中轉(zhuǎn)移到泡沫產(chǎn)品儲(chǔ)存器8中。氣浮結(jié)束后，把泡沫產(chǎn)品和氣浮柱內(nèi)的水分別過濾，濾出的固體在50oC烘干4 h后稱重。用氣浮回收率評(píng)價(jià)氣浮的效果，其數(shù)值是泡沫產(chǎn)品中的固體質(zhì)量占?xì)飧∏八畼又锌偣腆w總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。 泡沫產(chǎn)品中的固體送紅外光譜測(cè)試，分析氣浮劑與沉淀物的吸附機(jī)理。

試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 不同 pH值下磷酸氫二鈉用量對(duì)氨氮沉淀率的影響 
      
圖2是在保持鎂的用量為1不變，改變磷的添加量（表示為P：（N=Mg））在不同pH值時(shí)氨氮沉淀率的試驗(yàn)結(jié)果。

從圖2中可以看出在不同的pH值下改變磷酸氫二鈉的用量對(duì)氨氮沉淀率的影響趨勢(shì)是相同的，氨氮沉淀率都隨磷酸氫二鈉用量的增大而增加。相同沉淀劑條件下，氨氮沉淀率隨 pH 值先增加后有所降低。但在 pH=8.5 條件下隨磷酸氫二鈉用量的增加氨氮沉淀率始終低于 60%；在 pH＝10.5 時(shí)，氨氮沉淀率始終大于 77.4％；而 pH＝10.5 時(shí)通過增大磷酸氫二鈉的用量可以使氨氮沉淀率達(dá)到99.8%。這說明 pH 值對(duì)氨氮沉淀率的影響很大，磷酸氫二鈉用量也對(duì)氨氮沉淀率有較大的影響，而且在 pH＝10.5時(shí)氨氮沉淀率最高。

3.2不同 pH值下氯化鎂用量對(duì)氨氮沉淀率的影響

圖3是在保持磷1時(shí)，改變鎂的用量（表示為Mg：（P=N））在不同pH值時(shí)氨氮沉淀率的試驗(yàn)結(jié)果。

從圖中可以看出在相同的 pH 值下改變氯化鎂的用量對(duì)氨氮沉淀率的影響趨勢(shì)基本相同的，氨氮沉淀率都隨氯化鎂用量的增大先增加，在超過一定量后又有所下降。 相同沉淀劑條件下， 氨氮沉淀率隨 pH值先增加然后有所降低， 在pH=8.5條件下隨氯化鎂用量的增加氨氮沉淀率略有增加但始終低于 50%；在 pH＝10.5時(shí)氨氮沉淀率始終大于 81.8％，而且 pH＝10.5 時(shí)通過增大氯化鎂的用量氨氮沉淀率可以達(dá)到 95.9%。這進(jìn)一步說明 pH 值對(duì)氨氮沉淀過程的影響是很大的，而且在 pH＝10.5 時(shí)氨氮沉淀率比較高。

試驗(yàn)表明，化肥廠廢水中的氨氮可以用沉淀法去除，pH值、沉淀劑的比例、和總添加量對(duì)氨氮沉淀率都有影響，當(dāng)pH值為 10.5，N、Mg、P物質(zhì)的量比為1：1.2：1 時(shí)，氨氮沉淀率可以達(dá)到 95.9％以上，增加或降低 pH 值，沉淀率都會(huì)有所降低，但增加沉淀劑用量氨氮沉淀率不會(huì)有明顯變化。

3.3氣浮試驗(yàn)結(jié)果及分析

氣浮試驗(yàn)是依據(jù)沉淀試驗(yàn)的最佳藥劑比例條件 N：Mg：P＝1:1.2:1.0，保持氣浮柱進(jìn)口壓力0.25MPa，氣浮 5min，分別在 pH＝8.5、pH＝9.5、pH10.5 和pH＝11.5 的條件下，十二酸鈉和油酸鈉都可以作為磷酸銨鎂的氣浮劑。因此在四種 pH值下不同十二酸鈉、油酸鈉用量的氣浮效率進(jìn)行了比較，油酸鈉在pH為 10.5 時(shí)隨藥劑量的增加先增加，后有所降低，最高氣浮回收率能達(dá)到 95.8％，油酸鈉與十二酸鈉相比，藥劑用量對(duì)氣浮效率影響較大。相同條件下氣浮效率十二酸鈉好于油酸鈉。氣浮試驗(yàn)結(jié)果表明通過添加十二酸鈉或油酸鈉都能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)沉淀物的氣浮，氣浮效果十二酸鈉好于油酸鈉，影響氣浮效率的主要是藥劑的用量，其次是pH值。 

從圖中還可以看到十二酸鈉用量少時(shí)，不同 pH值的氣浮效率差距比較大，而且在 pH＝9.5 時(shí)的氣浮效率最高。隨著十二酸鈉用量的增加，不同 pH值的氣浮效率的差距逐漸減小，特別是 pH＝8.5 和 9.5 的兩種情況，當(dāng)十二酸鈉用量為12.5mg/L 時(shí) pH＝9.5 的氣浮效率比 pH＝8.5 時(shí)高 11.6 個(gè)百分點(diǎn)，用量增加到75mg/L 時(shí) pH＝8.5 和 pH＝9.5 的氣浮效率幾乎沒有差別。從這種規(guī)律中可以看到要達(dá)到較高的氣浮效率 pH＝11.5 時(shí)用量比 pH＝9.5 時(shí)大。pH＝9.5 時(shí)加入25mg/L 十二酸鈉氣浮效率就可達(dá) 88.3%，在 pH＝10.5 時(shí)添加 25mg/L 十二酸鈉氣浮效率就可達(dá)到 90.1％。從氣浮試驗(yàn)結(jié)果看，pH 值低時(shí)有利于氣浮，但 pH值低對(duì)沉淀不利。綜合考慮沉淀浮選的 pH應(yīng)為 10.5，最佳氣浮劑為十二酸鈉，用量為 75mg/L，此時(shí)氣浮的回收率為 96.9％，沉淀氣浮氨氮的總回收率可以達(dá)到92.9％。

3.4氣浮劑與沉淀物的作用機(jī)理

圖 6 是用沉淀 pH值 11.5 時(shí)，N：Mg：P為 1：1.2：1 時(shí)不同物質(zhì)的紅外光譜。其中I 是只加沉淀劑時(shí)形成的沉淀物的紅外光譜，其中各吸收峰的歸屬見表1。可見磷酸銨鎂中主要基團(tuán)的吸收峰都有體現(xiàn)，所以證明生成的沉淀物是磷酸銨鎂。

表 1  pH值 11.5時(shí)只加沉淀劑時(shí)生成的沉淀的紅外光譜的吸收峰分析

圖 6中II是氣浮試驗(yàn)時(shí)使用的十二酸鈉的紅外光譜，該譜圖表明，所使用的為純十二酸鈉，因?yàn)樽V圖中沒有出現(xiàn)脂肪酸中－COOH的特征吸收峰。當(dāng)脂肪酸為單體分子時(shí)該峰的位置應(yīng)該在1760 cm－1附近，當(dāng)為二聚體存在時(shí)應(yīng)在1710 cm－1附近。而出現(xiàn)在1560 cm－1和 1445 cm－1的吸收峰是羧酸鹽的特征吸收峰，其中 1560 cm－1是R－COO－中－COO－基團(tuán)的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰，1445 cm－1是其對(duì)稱振動(dòng)吸收峰，881 cm－1 吸收峰是其面內(nèi)彎曲振動(dòng)吸收峰。其中在2923cm－1和2850 cm－1兩個(gè)吸收峰是十二酸鈉中－CH3和－CH4中C－H鍵的對(duì)稱振動(dòng)吸收峰。

圖6中譜圖III是同時(shí)添加沉淀劑和十二酸鈉生成的沉淀物的紅外光譜圖。 從圖中看出，沉淀中有十二酸根離子的存在，最明顯的是 2919cm?1和 2853cm?1兩個(gè)吸收峰，說明十二酸鈉吸附在了沉淀物中。但十二酸鈉的特征吸收峰出現(xiàn)在1560 cm?1的R－COO－中－COO－基團(tuán)的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰的相對(duì)強(qiáng)度發(fā)生了明顯變化，并且十二酸鈉特征峰位置發(fā)生了變化，即其對(duì)稱振動(dòng)吸收峰的位置也由 1445 cm?1位移到 1460cm?1，從位移幅度可以判斷其周圍的化學(xué)環(huán)境發(fā)生了變化，即可以認(rèn)為十二酸鈉與沉淀物發(fā)生了化學(xué)吸附。
對(duì)沉淀pH值9.5時(shí)同時(shí)添加沉淀劑和十二酸鈉生成的沉淀物也進(jìn)行了研究，結(jié)果表明此時(shí)十二酸鈉與沉淀物也發(fā)生了化學(xué)吸附，其影響規(guī)律與沉淀 pH值為11.5 時(shí)相同。 由此說明化肥廢水在試驗(yàn)范圍內(nèi)十二酸鈉與沉淀物作用發(fā)生化學(xué)吸附。

4 結(jié)論
（1）化肥廢水中的氨氮可以用沉淀的方法沉淀，影響因素主要是沉淀時(shí)的 pH值，沉淀藥劑的用量和沉淀藥劑與氨氮的物質(zhì)的量的比，pH為 10.5 時(shí)，氨氮沉淀率可達(dá)到 95％以上。

（2）用氣浮法可以回收所生成的氨氮沉淀物，最重要的影響因素是氣浮劑的添加量，pH 值也影響沉淀物的可浮性，但通過改變氣浮劑的添加量可以減少其影響。氣浮回收率很容易達(dá)到 90％以上。氣浮劑十二酸鈉用量為 75mg/L，pH 值為 10.5 時(shí)，氨氮的回收率即可達(dá)到92.9％。

（3）與沉淀法相比，氣浮法具有氣浮時(shí)間短、操作方便、泡沫產(chǎn)品濃度高等優(yōu)點(diǎn)，該方法為廢水中氨氮的有效回收和綜合利用提供了一條新的途徑。

（4）沉淀氣浮后的物質(zhì)主要為晶態(tài)的MgNH4PO4·6H2O，可以作為復(fù)合肥料進(jìn)一步開發(fā)利用。

（5）通過X衍射分析在pH為 9.5～11.5 之間生成的沉淀物都以MgNH4PO4·6H2O為主，經(jīng)紅外光譜分析表明，十二酸鈉在磷酸銨鎂表面發(fā)生的是化學(xué)吸附，從而
使其表面疏水而上浮。

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