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磷酸铵镁除磷脱氮技术


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→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;×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
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,×10-3mol/L氨氮废水进行处理,,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,
[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***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-)=:1:1,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,磷、镁去除率达95%以上[3]。Katsuura[4]认为n(Mg):n(P):1时,除磷效果最好。
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,,才会出现小颗粒沉淀物,,会出现大量沉淀。~,主要的反应过程如式(1),(2),(3),~12之间,固定氨会从MgNH4PO4中游离出来,生成更难溶的Mg3(PO4)2(ksp=×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,,才会生成沉淀,,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
~
~
9~10


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。
②投加Mg(OH)2
氢氧化镁具有缓冲能力,,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%%,~。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。
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%