摘要：介紹了MAP（磷酸銨鎂）法處理高濃度氨氮廢水的技術(shù)，研究了藥劑配比、反應(yīng)pH 值對氨氮去除率的影 響。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)在氨氮廢水中投加MgCl2 ·6H2O 和Na3PO4 ·12H2O 藥劑，Mg2 + : PO4 3 - : NH4 + 摩爾配比為1 . 5 : 0 .9 : 1，反應(yīng)pH 值為8 .5 ～ 9 .5 的條件下，原水的氨氮濃度可由2000 mg / L 降到15 mg / L，去除率達(dá)95%以上。

關(guān)鍵詞：MAP（磷酸銨鎂）氮肥廢水氨氮廢水處理

0 概述

MAP（Magnesium Ammonium Phosphate）化學(xué)沉淀法［1］的基 本原理是向含氨氮的廢水中添加鎂鹽和磷酸鹽，反應(yīng)生成 MAP（磷酸銨鎂）。產(chǎn)物的化學(xué)分子式是MgNH4PO4 ·6H2O，俗 稱鳥糞石。研究表明，MAP 法可以有效地去除化肥廠廢水中 的高氨氮。本試驗(yàn)介紹了向氮肥廢水中投加含Mg2 + 和 PO4 3 - 離子的藥劑反應(yīng)的試驗(yàn)過程，為氮肥廢水高濃度氨氮 的預(yù)處理問題提供了一種可行的方法。

1 試驗(yàn)過程和機(jī)理

1 .1 廢水來源與性質(zhì)

試驗(yàn)用廢水取自某化肥廠廢水，原水氨氮濃度為2000 mg / L，pH 值為9 .0（pH 數(shù)字測定儀測得）。

1 .2 試驗(yàn)用儀器、藥品及流程

試驗(yàn)儀器為1 000 ml 燒杯、可加熱磁力攪拌器和pH數(shù)字測定儀。試驗(yàn)藥劑為分析純MgCl2 ·6H2O、Na3PO4 ·12H2O。 藥劑按一定配比和順序加入廢水樣，反應(yīng)20min。反應(yīng)完后 通過重力沉降將固液分離，測定上清液中剩余氨氮、總磷的 濃度。分析方法均采用國家標(biāo)準(zhǔn)分析法。

1 .3 反應(yīng)機(jī)理

向氨氮廢水中投加磷酸鹽和鎂鹽，發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)如下：

由反應(yīng)式（2）、（3）可知，試驗(yàn)過程中水樣的pH 值不斷下降，滴加NaOH 溶液可促進(jìn)（2）、（3）式向正反應(yīng)方向進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果和討論

2.1 反應(yīng)pH 值和氨氮去除率的影響

MAP 是堿性鹽，在堿性條件下溶解度隨pH 值的升高而降 低。當(dāng)溶液pH 值> 9.5 時(shí)，溶液中氨離子變成氣態(tài)氨揮發(fā)。同 時(shí)，溶液中的Mg2 + 與OH- 生成Mg（OH）2 沉淀，當(dāng)溶液pH 值> 11 時(shí)，還將生成溶解度更低的Mg（PO4 ）3 沉淀。當(dāng)溶液pH 值< 7 時(shí)，溶液中的PO4 3 - 濃度低，不利于反應(yīng)（1）式的進(jìn)行。因此，控 制反應(yīng)pH 值在7.5 ～ 10 之間，討論對氨氮去除率的影響。

試驗(yàn)按順序投加藥劑后，水樣的pH 值從原來的9.0 降到7 左右，圖1 顯示了隨磷酸鹽投加的摩爾比增加，水樣pH 值的變 化。此時(shí)上清液的氨氮濃度為750 mg / L，控制Mg2 + : NH4 + : PO4 3 - 的比例為1.5:1:0.9，用NaOH 溶液調(diào)節(jié)水樣pH 值，測定不 同數(shù)值下的氨氮濃度。由表1 當(dāng)pH 值在9.0 左右時(shí)，氨氮的去 除率可達(dá)98%，殘磷量控制在5 mg / L 左右。

圖1 加藥后水樣的pH 值的變化

表1 pH 值對氨氮去除率及殘磷量的影響

2.2 藥劑配比對氨氮去除率的影響

由反應(yīng)（1）式可知，生成MgNH4PO4 ·6H2O，理論上Mg2 + : NH4 + :PO4 3 - 的摩爾比應(yīng)為1:1:1。根據(jù)同離子效應(yīng)，增大Mg2 + 、 PO4 3 - 的配比，可促進(jìn)（1）式充分進(jìn)行而提高氨氮的去除率。但 經(jīng)研究以及試驗(yàn)表明，若NH4 + : PO4 3 - 的摩爾配比< 1，雖然在一 定程度上提高了氨氮的去除率，但反應(yīng)后的殘磷量卻高達(dá)幾百 mg / L，帶來了新的污染。

因此，為確保試驗(yàn)效果并避免產(chǎn)生二次污染，根據(jù)反應(yīng)動力 學(xué)原理，在降低磷酸鹽投加比例的同時(shí)增加鎂鹽的投加量。

首先固定Mg2 + :NH4 + 的摩爾比為1.5:1，改變磷酸鹽的投加 量，研究氨氮去除率的變化，試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。試驗(yàn)藥劑為 MgCl2 ·6H2O、Na3PO4 ·12H2O，反應(yīng)的pH 值控制在9.0。

表2 改變磷酸鹽投加比例對廢水氨氮去除率及殘磷量的影響

由表2 知，當(dāng)磷酸鹽配比為0.8 和0.9 時(shí)，氨氮的去除率分 別為96.25%和99.25%，出水的氨氮濃度分別為75 mg / L 和15 mg / L，殘磷量分別為9.2 mg / L 和19.8 mg / L。

固定PO4 3 - :NH4 + 的摩爾比為0.9:1，改變鎂鹽的投加量，控 制反應(yīng)的pH 值在9.0。研究改變鎂鹽的投加量對去除氨氮的影 響。試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，增加鎂鹽的投加量，能有效地提高氨氮的去 除率。當(dāng)鎂鹽的投加比例為1.5 時(shí)，廢水的氨氮濃度可以降到 100 mg / L 以下。

表3 鎂鹽投加量與剩余氨氮、殘磷量的比較

3 沉淀物分析

由反應(yīng)式以及試驗(yàn)結(jié)果可知，反應(yīng)產(chǎn)物的化學(xué)分子式為 MgNH4PO4 ·6H2O，純晶體呈白色晶體粉末狀，比重是1.7，溶于酸， 不溶于堿。MgNH4PO4 ·6H2O 分子量為245，理論上每處理1 kg 氨 氮，需要1.71 kg 鎂、2.21 kg 磷，以及一定量的NaOH 溶液，同時(shí) 可以生成17.5 kgMAP 沉淀，由于磷酸氨鎂含有植物生長所需的 N、P、Mg 營養(yǎng)元素，且其養(yǎng)分比其他可溶肥的釋放速率慢，肥料 利用率高，可作緩釋肥使用，不會出現(xiàn)灼燒情況。國外研究資料 顯示，MAP 的理論價(jià)格為198 ～ 330 美元/ 噸，開發(fā)MAP 作緩釋肥 有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)還可以降低高濃度氨氮廢水的處理費(fèi) 用。

4 結(jié)論

（1）本文研究的是化肥廠氮肥廢水，氨氮濃度高達(dá)2 000 mg / L，用一般的生物法難以降解，且高濃度氨氮的廢水還會直接影 響生物裝置的正常運(yùn)行［4］。應(yīng)用本文作者所研究的化學(xué)沉淀法 生成MgNH4PO4 ·6H2O 沉淀，廢水中氨氮的去除率高達(dá)95%以上， 達(dá)到預(yù)處理目的，為后續(xù)生化處理奠定了基礎(chǔ)。

（2）研究表明，當(dāng)采用MgCl2 ·6H2O、Na3PO4 ·12H2O 處理該廢 水，Mg2 + :NH4 + :PO4 3 - 的摩爾比為1.5:1:0.9，pH 值在9.0 左右， 原水中的氨氮濃度可由2 000 mg / L 降到15 mg / L，而殘磷量低于 20 mg / L。

（3）生成的磷酸氨鎂沉淀物溶解、釋放速度慢，農(nóng)作物利用 率高，對環(huán)境污染小，是一種很有價(jià)值的緩釋肥，肥料的開發(fā)利 用可以大大降低廢水處理費(fèi)用，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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