摘要： 以氯化鎂和磷酸氫二鈉為沉淀劑， 研究了磷酸銨鎂（MAP）化學(xué)沉淀法去除模擬廢水中氨氮的工藝條 件。結(jié)果表明： MAP 化學(xué)沉淀法對(duì)初始質(zhì)量濃度為５００ ~ １０ ０００ mg ／ L 的氨氮廢水有很好的適應(yīng)性， 能達(dá)到去除 水體中高濃度氨氮的目的。氨氮初始濃度、pH 值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、沉淀劑投加比例等操作條件， 對(duì)氨氮 的去除率有明顯影響， 在實(shí)際操作中， 控制反應(yīng)溫度為２５ ～ ３５ ℃， pH 值為１０， 鎂、氮、磷的量比為１．２ ∶ １ ∶ １．２ 較適宜， 在此條件下反應(yīng)２０ min， 對(duì)初始質(zhì)量濃度為１ ０００ mg ／ L 的氨氮廢水的去除率達(dá)９８．７％。

關(guān)鍵詞： 氨氮廢水； 沉淀； 磷酸銨鎂

氨氮是水相環(huán)境中氮的主要存在形態(tài)， 是引起 水體富營(yíng)養(yǎng)化和污染環(huán)境的一種重要污染物質(zhì)， 目 前我國(guó)幾乎所有的受污染水域中， 氨氮都是主要污 染物之一。由氨氮污染而導(dǎo)致的水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題 已嚴(yán)重危害農(nóng)業(yè)、漁業(yè)及旅游業(yè)等諸多行業(yè)， 也對(duì) 飲水衛(wèi)生和食品安全構(gòu)成了巨大威脅， 成為制約我 國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。

目前常用的氨氮廢水處理技術(shù)包括活性炭或 沸石吸附法、空氣吹脫法、生物脫氮法及化 學(xué)沉淀法 等， 但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中， 這些處理方法受到種種因素的制約， 有其特定的適用范圍或局限性。

化學(xué)沉淀法處理氨氮廢水則具有工藝簡(jiǎn)單、處 理對(duì)象廣泛及沉淀物可做肥料等優(yōu)勢(shì)，該法已日益受到重視，得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究。其原理 是往含氨氮廢水中加入沉淀劑MgCl２ 和Na２HPO４，與NH４＋ 反應(yīng)生成MgNH４PO４·６H２O 沉淀（ 簡(jiǎn)稱 MAP）， 從而實(shí)現(xiàn)從廢水中去除氨氮污染。

化學(xué)沉淀法已有工業(yè)化應(yīng)用的范例， 但沉淀工 藝條件， 如pH 值、沉淀藥劑、反應(yīng)時(shí)間等， 對(duì)氨 氮去除效果有很大影響。為此， 本文以實(shí)驗(yàn)室模擬 氨氮廢水作為研究對(duì)象， 系統(tǒng)考察各種操作條件對(duì) 氨氮去除效果的影響， 以期指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

１ 材料與方法

１．１ 試驗(yàn)水質(zhì)與方法 用定量NH４Cl（AR）配制體積２００ mL、NH３－N 濃度一定的模擬廢水， 并依次投加定量的Na２HPO４ （AR）及MgCl２（AR）； 恒溫下磁力攪拌一定時(shí)間， 并在反應(yīng)過(guò)程中用濃度為５ mol ／ L 的NaOH 溶液調(diào) 節(jié)反應(yīng)體系至預(yù)定pH 值； 反應(yīng)結(jié)束后靜置一段時(shí) 間， 取上清液測(cè)定N、P， 以計(jì)算氨氮去除率及剩 余濃度等。

１．２ 分析方法

氨氮用納氏試劑光度法測(cè)定， PO_４^3-－P 采用鉬 銻抗分光光度法測(cè)定。

２ 結(jié)果與討論

２．１ 氨氮初始濃度的影響

圖１表示氨氮初始質(zhì)量濃度在５００ ～ １０ ０００ mg ／ L 范圍內(nèi)變化時(shí)對(duì)氨氮沉淀效果的影響， 其中 試驗(yàn)固定條件： 溫度為２５ ℃、pH 值為１０、沉淀 劑添加比例n（Mg） ∶ n（N） ∶ n（P） ＝ １ ∶ １ ∶ １、反應(yīng)時(shí)間２０ min。

圖1 氨氮初始濃度的影響

圖１表明， 當(dāng)氨氮初始質(zhì)量濃度為５００ mg ／ L 時(shí)， 氨氮的去除率是８９．６％， 且隨初始濃度的增 加， 氨氮的去除率逐漸升高。由此可見(jiàn)以MAP 化 學(xué)沉淀法處理氨氮廢水時(shí)對(duì)其初始濃度有廣泛的適 用性， 而且適合于處理高氨氮濃度廢水。同時(shí)也可 看出， 當(dāng)氨氮初始質(zhì)量濃度是２ ０００ mg ／ L 時(shí)， 剩 余氨氮的質(zhì)量濃度為１５９．５mg ／ L， 初始質(zhì)量濃度為 １０ ０００ mg ／ L 時(shí)， 剩余氨氮的質(zhì)量濃度則更高， 達(dá) ６５６．６ mg ／ L， 這顯然不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。因此認(rèn) 為， 考慮到生物法無(wú)法適應(yīng)高濃度氨氮廢水的缺 點(diǎn)， 可以利用MAP 化學(xué)沉淀法與生物法結(jié)合， 即 以沉淀法作為生物法的預(yù)處理， 將高濃度的氨氮降 到適宜于生物處理的濃度， 再采用生物法處理。

２．２ pH 值的影響

圖２ 表示pH 值的影響， 試驗(yàn)固定條件： 氨氮 初始質(zhì)量濃度１ ０００ mg ／ L、溫度２５ ℃、沉淀劑添 加比例n（Mg） ∶ n（N） ∶ n（P） ＝ １ ∶ １ ∶ １、反應(yīng)時(shí)間２０min。

圖２ pH 值的影響

圖２ 表明， 當(dāng)反應(yīng)體系的pH 值在９～１１ 時(shí)， 氨氮的去除率超過(guò)９０％， 且相差不大， 即此pH 值 范圍內(nèi)有利于MgNH４PO４ 沉淀的生成。理論上來(lái) 說(shuō)， 當(dāng)pH ＜ ８ 時(shí)， 磷以PO４ ３－ 形式存在的比例很 小， 主要以HPO４ ２ － 的形式存在， 從而不利于 MgNH４PO４ 的生成； 當(dāng)在強(qiáng)堿性溶液中， 磷則易形 成更難溶的Mg３（PO４）２ 沉淀， 如pH ＞ １１ 時(shí)， 還會(huì) 形成Mg（OH）２ 沉淀。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看， 控制pH 值為１０ 時(shí)， 氨氮的去除率最高， 達(dá)９１．４％， 且剩 余磷濃度最小， 因此控制溶液體系pH 值為１０ 較 為適宜。

２．３ 反應(yīng)時(shí)間的影響

圖3  反應(yīng)時(shí)間的影響

圖３ 表示反應(yīng)時(shí)間的影響， 試驗(yàn)固定條件： 氨 氮的初始質(zhì)量濃度為１ ０００ mg ／ L、溫度為２５ ℃、 pH 值為１０、沉淀劑添加比例n（Mg） ∶ n（N） ∶ n（P） ＝ １ ∶ １ ∶ １。 圖３ 表明， 當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為１０ min 時(shí)， 氨氮去 除率已達(dá)９０．８％； 將反應(yīng)時(shí)間由１０ min 延長(zhǎng)至６０ min， 對(duì)氨氮的去除率幾乎沒(méi)有影響， 均為９０％ 左 右。因此， 在反應(yīng)進(jìn)行１０ min 后， 沉淀反應(yīng)已基 本完成， 為保證沉淀反應(yīng)充分完成， 反應(yīng)時(shí)間以２０ min 較為適宜。

２．４ 溫度的影響

２．５ 沉淀劑投加比例的影響

２．６ 鎂鹽種類的影響

３ 結(jié)論

（１） 根據(jù)一系列單因素的試驗(yàn)結(jié)果得出了最優(yōu) 工藝條件： 反應(yīng)溫度為２５ ～ ３５ ℃， pH 值為１０， 鎂、氮、磷的量比為１.２ ∶ １ ∶ １.２。在此條件下處理 初始質(zhì)量濃度１ ０００ mg ／ L 的氨氮廢水， 反應(yīng)２０ min， 氨氮質(zhì)量濃度可降至１０．４ mg ／ L， 去除率達(dá) ９８．７％， 剩余磷的質(zhì)量濃度為９１．９ mg ／ L。

（２） MAP 化學(xué)沉淀法在處理高濃度的氨氮廢 水時(shí)有很好的適應(yīng)性， 具有反應(yīng)速度快、氨氮沉淀 完全及操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。

（３） MAP 化學(xué)沉淀法的最大不足之處是沉淀 藥劑（磷鹽及鎂鹽）和調(diào)節(jié)pH 值的堿價(jià)格較貴， 使 得實(shí)際應(yīng)用時(shí)處理成本高而制約其應(yīng)用， 下一步工 作的重點(diǎn)應(yīng)是解決沉淀劑的循環(huán)使用問(wèn)題， 以降低處理成本。

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