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

Removal of Ammonium and Phosphate by Magnesium Ammonium Phosphate Process

tract:Ammonium and phosphate are important causes of the eutrophication of water.The 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 sment of magnesium ammonium phosphate,or MAP,which may be uesd as a fertilizer,at a removal rate over 90%.

Key word:wastewater treatment;magnesium ammonium phosphate;chemical precopitation;removal of ammonium and phosphate

   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-中添加镁盐,发生的主要化学反应如下:
Mg2++HPO42-+NH4++6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓+H+ (1)
Mg2++PO43-+NH4++6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓ (2)
Mg2++H2PO4-+NH4++6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓+2H+(3)
再经重力沉淀或过滤,就得到MAP。其化学分子式是MgNH4PO4·6H2O,俗称鸟粪石;它的溶度积为2.5×10-13。因为它的养分比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,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,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,笔者对模拟氨氮进行重复验证,证明在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与含杂质氨氮进行比较,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MAP除磷脱氮的最佳pH值
类型 垃圾渗滤液 厌氧污泥上清液 城市污水 氮肥厂 制革
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。
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。
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
2.3 反应时间与晶种
Zdybiewska[7]对氮肥厂进行实验,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%。