环保论文-MAP法的研究及氮磷废水处理中的应用 6页

MAP法的研究及氮磷废水处理中的应用摘要：高浓度氨氮废水处理主要有MAP(磷酸讓镁)法、吹脱气提法、化学沉淀法、折点加氯法、离子交换法、电化学氧化法和生物脱氮技术等，其屮MAP法较好。MAP法处理氨氮废水的主要影响因素为：pH值、反应温度、反应吋间、反应物配比等。pH在9左右、温度25°C〜30°0\反应物物质的量之比在1:1：1左右氨氮去除率达到90%以±oMAP法在废水处理屮应用广泛，其经济效益好。MAP法任存在一定的问题，有待于进一步研究。关键词：磷酸鞍镁(MAP)高浓度氨氮脱氮除磷污水处理1MAP法处理氮磷废水研究背景高浓度氨氮废水来源广，排放量大,一旦排入水体，特别是流动较缓慢的泊、海湾，容易引起水屮藻类及其它微生物的大量繁殖,是导致水体富营养化的主要原因之一，同吋，高浓度氨氮对微生物活性有抑制和毒害作用。因此，有必要在生物处理前对高浓度氨氮进行有效的处理。FI前，对氨氮的处理主要有吹脱气提法、化学沉淀法、折点加氯法、离子交换法、电化学氧化法和生物脱氮技术等。采用吹脱法处理氨氮其弊端是产生二次污染，长吋间运行易使设备结垢堵塞，生物法和离子交换法存在各种各样的缺点。化学沉淀法是近年來兴起的一种新的去处高浓度氨氮的方法，其可回收废水屮的氨氮，受到人们的重视，尤其是磷酸鞍镁(MAP)沉淀法去除废水屮的氨氮人们进行了大量研究。与传统活性污泥法相比，该方法可以减少49%的污泥体积。磷酸鞍镁不仅在化工、医药和建筑领域有广泛的应用，更是一-种高效的缓释肥料，通过缓慢地释放养分极大限度地减少肥料中氮、磷进入附近水体，防止富营养化的发生。将废水屮人量磷酸盐转化生成磷酸钱镁已经引起很多水处理专家的兴趣。2反应机理MAP(MagnesiumAmmoniumPhosphate)化学沉淀法的基本原理是向含氨氮的废水屮添加镁盐和磷酸盐，反应生成MAP(磷酸鞍镁)。产物的化学分子式是MgNH4PO4・6压0,俗称鸟粪石。nh4+—•般情况下不与阴离子生成沉淀,但它的某些复盐不溶于水，如Mg•6H20(MAP)、M11NH4PO4、N1NH4PO4、ZnNH4P04等。MAP法就是向含NHJ和PO?的废水中添加镁盐，使之生成难溶MgNHjP04-6H20沉淀的方法,发生的主要化学反应如下:+HPO〕+NH；+6H2O小I冬H4PO4+6H]Ov+H・Mg'+NH；+6H?0举H4RX+6H?0J+H：PO；NH；+6H「O小1冬凡PO4+6H?O▼+2H\n经重力沉淀或过滤,可得到MAPoMikNi、Z门为重金属,对人及其他生物有毒害作用，通常不作为沉淀剂使用。Mg2+无毒,少量的还有利于废水的生化处理，其作为沉淀剂去除高浓度氨氮废水最大的特点是可使氨氮得以回用，且工艺简单，适用范围广，反应速度快，操作简单，沉淀反应不受温度、水屮毒素的限制。同时,如果废水屮磷酸根的含量很高，只需投加镁盐,少量投加或不投加磷酸盐就可以起到除氮脱磷的作用。3MAP法处理氨氮废水的影响因素分析MAP法处理氨氮废水的主要影响因素为：pH值、反应温度、反应吋间、反应物配比等，它们都会影响磷酸讓镁的除氮效果。3.1pH值作为无机化学沉淀反应，无论采用何种药剂配及配比,合适的pH都是保证反应能否实现的关键。MAP在碱性条件下溶解度随pH值的升高而降低，其溶于酸不溶于碱。一般认为pH在7〜10.3之间发生主要化学反应。当pH<7吋，溶液•PP0?浓度低，不利于反应进行;当pH>10.3吋,磷酸氨镁在强碱溶液屮会发生分解，使部分己经同定的氨氮游离出来，生产溶解度更低的(P0J2沉淀(心二918X10-25,25°C)。国内外的研究人员对MAP法处理氨氮废水的最佳pH值进行了研究，结果如表1所示。表1MAP法处理不同氨氮废水最佳pH及氨氮去除率废水类型垃圾渗滤液焦化废水城市污水化肥厂石化厂厌氧污泥上清夜制最佳pH859・090909590氨氮去除率98-4%98%98%95%98-8%96%3.2反应温度温度对磷酸鞍镁的生成有一定的影响郝瑞刚等在MAP法去除焦化废水氨氮的实验屮，在4个不同温度考虑温度对氨氮去除效果的影响屮发现，随温度升高，氨氮的去除效果增加，但为温度超过30°C吋，氨氮的去除率反而减小,处理效果下降，分析原因是由于温度影响XH40H和HP0「的电离平衡以及MgNH4P04的离解。Mijangoss等研究也发现，当反应温度从25C升高到60C吋,磷酸钱镁的生成量减少，溶液屮残留的氨氮的浓度升高，保持较低的反应温度对于氨氮去除有利。但在于瑞莲等采用MAP法去除垃圾渗滤液屮氨氮的实验屮发现，在15°C〜35°C范围内，温度的变化对垃圾渗滤液小氨氮的去除率影响不大。反应温度是影响氨氮去除率的关键因素，综合考虑,温度在25C〜30C之间氨氮去除率效果应最好。在屮国MAP法儿乎不受冬季低温和夏季高温的影响。3.3反应时间\n反应时间对磷酸鞍镁生成也有一定的影响。理论上讲,反应时间越长氨氮的去除率越高，剩余氨氮的浓度越小。Zdybiewska对氮肥厂废水进行实验，发现反应时间为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_。Strafuli等研究结果表明，1min内氨氮去除率即达到最终去除率(180min0^)的98%，说明磷酸鞍镁沉淀的生成速度非常快。随反应时间的延长，磷酸鞍镁晶体的粒径慢慢增加，反应180min后沉淀的粒径己经由反应1min时的1.1mm增加到3mm,虽然氮磷去除率变化不大，但是晶粒越大,沉淀效果越好，但反应所需的动力消耗越多，处理费用就越高。3.4反应物配比一定条件下，磷酸鞍镁沉淀存在时，MgUNHJ和PO产3种离子的活度积等于常数，反应物的配比对氨氮的去除率影响较大。采用MAP法处理氨氮废水的研究屮，反应物的配比及氨氮去除率见表2o表2MAP法处理氨氮废水反应物配比及氨氮去除率废水类型垃圾渺滤液焦化废水化肥厂废水石化公司废水POf1-2:1:11-3:1:091.5:1:091-2:1:1pH9・5909-095氮去除率>85%-96°o>95%从表2可以看出：反应物物质的量之比在1:1:1左右。通过对MAP法处理高浓度氨氮废水的影响因素分析，最终得出：pH在9左右、温度25°C〜30°C、反应物物质的量Z比在1：1：1左右氨氮去除率达到90%以丄。4在现实屮污水处理中的应用4.1磷酸讓镁法污水中脱氮除磷磷酸鞍镁(MAP)沉淀法对于高浓度的氨氮废水具有很好的处理效果，向该废水屮加入镁盐和磷酸盐可迅速去除废水屮的氨氮。FI前国内已经在这方面作了很多工作，见表3。Zdybiewska等发现当pH为8〜10吋水体屮剩余的氨氮量最低。Ohlinger和Jaffer等认为为了保证磷的高去除率(>80%)，反应器内的pH应为8.2〜9。E2lisabeth等用流化床处理磷酸盐浓度为61mg/L的废水,加入NaOH使水中pH在8.5时磷的去除率达到94%。Abe在处理磷酸盐浓度为162mg/L的废水时，通过将pH值升到&52使得磷的去除率达到81%。Battistoni等处理消化污泥上清液吋，不加碱而采用吹脱水屮二氧化碳使废的pH由7.9升到8.3〜8.6,磷酸盐的去除率也达到80%oJaffer等发现n(Mg24):n(PO?)是1.05：1吋，通过将废水屮的pH升高至9.0,磷酸盐的去除率高达97%;但门)：n(PO?-)<1.05吋磷酸盐的去除率只有72%。\n表3MAP去除氨氮试验结果进水NH4-N/(mg/L)岀水NII4-N/(mg/L)去除率/%试剂PHn(Mgj):n(PO43):n(N时)5618659&8MgCh+NMIP048.5-9.01:01:015404168868.8MgO+H3PO4(85%)&5-9.01.3:0.9:0238010096MgCh+Na2HPO>8.5-10.01.3:0.9:l10002397.7Na3P04+MgS048.51.3:1.1:1148020-30>98N82HP04+MgS049.51:01:01450098MgCh+N8H2PO48.51:01:014.2磷酸较镁法在生活中的应用如果污水处理厂所在区域水的硬度比较高，通常该地的污水会含有大量的镁离子。当废水小的镁盐不足时，可以加入其他的镁盐。如果污水处理设施位于海边附近，那么利用海水或盐乳充当镁源是个比较经济简便的方法。Tunay等用MgCL去除含有大量氨氮的制革废水。氧化镁由于对环境影响小、溶解度较小以及有较强的碱性而被广泛使用。养猪废水的厌氧消化液小通常无需外加镁盐，消化液中的镁足够与氨氮及正磷酸盐生成磷酸鞍镁沉淀。通常城市生活污水屮的含氮化合物在腐败过程屮会产生大量氨氮，一•些化工制革废水、老龄的垃圾渗滤液本身会含有高浓度的氨氮，通常相对于废水屮的镁和磷，氨氮是过量的。污水屮的磷以正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷等形式溶解于水屮。在污水处理厂的厌氧除磷池屮，聚磷分解形成无机磷释放凹污水屮，Jaffer等为Slough污水处理厂的齐个处理设施屮的氨氮、总磷及镁盐作了物料平衡图，选择厌氧消化污泥脱水后的回流液作为反应物的来源不仅去除了水屮大量营养盐，而且防止了回流液管道被磷酸鞍镁堵塞。5MAP沉淀回收氮磷的经济分析用MAP沉淀法处理氨氮废水，理论上每回收1kg氨氮，需要1.71kg镁、2.21kg磷以及•一定量的NbOH溶液,同吋可以生成7.59kg的MAP沉淀。MAP可作缓释肥，具有较高的经济价值，同吋可以降低高浓度氨氮废水的处理费用。生产MAP的成本变化很大，从140美元（澳大利亚）到460美元（日本）不等，相比而言，磷酸盐矿石的成本是40〜50美元。MAP的市场价值为9〜1刘5美元。一位学者指出，生产规模的MAP回收是经济的，市场售价超过添加镁和进行pH值调整的化学药殆的成本。Shu等对MAP沉淀回收磷的经济评价结果表明，通过MAP结晶冋收废水屮的磷，大约1000m3污水屮可以结晶生成1kg的MAP。磷的结晶回收和磷的生物化学处理相比，每年从100mVd规模的污水处理厂产生的MAP足够2.6hm2土地的肥料。如果世界范围内从污水处理厂冋收MAP,每年可以冋收630kt磷(P205),减少1.6%的磷矿石开采。\nMAP沉淀工艺技术为从废物流屮回收磷，因此，保持不可再生的磷的储存提供了机会。6存在问题及发展趋势虽然MAP沉淀法回收氮磷的研究在近儿十年来取得了一•定的发展，但还存在许多急需解决的问题。一般废水屮氨和磷酸盐比例不平衡问题，造成不能同吋获得高的氮磷去除率，需要深入研究确定废水NHJ、P0产离子的最佳比例；戸前加入的沉淀药剂成本太高，需要寻求一些替代药剂，比如用盐卤代替镁盐；H前还没有开展废水屮其他物质对MAP沉淀回收氮磷的影响机理研究；应用于垃圾渗滤液的处理所造成的盐度过高问题另外MAP结晶成套装置的研究是该方法应用的另一研究热点。［参考文献］［1］陈启华，罗冬浦•梁江浩，等.磷酸钱镁法脱除废水中氨氮的技术现状［J］.工业水处理,2008,28(6).［2］刘小燕，郑乐平.磷酸钱镁法处理高浓度氨氮废水的研究［J］.工业水处理，2008,28(8).［3］胡红伟・MAP法处理高浓度氨氮废水的影响因素分析［J］.环境科学与管理，2008,33(1).［4］魏婿娟，王凯，卢宁.MAP法预处理高氨氮垃圾渗滤液的试验研究［J］.工业用水与废水,2009,40(3).［5］汤琪，罗固源.磷酸铁镁沉淀法处理磷酸盐工业废水［J］.化工进展，2008,27(4).［6］李望，张一敏，刘涛，等.磷酸钱镁沉淀法处理石煤提锐低浓度氨氮废水［J］.工业水处理，2010,30(9).［7］杨阳，闫立龙，李晶，等.磷酸铁镁沉淀法处理石煤提锐低浓度氨氮废水［J］.东北农业大学学报,2010,41(3).［8］陈启华，罗冬浦，梁江浩，肖贤明.磷酸钱镁法脱除废水中氨氮的技术现状［J］.工业废水处理,2008,28(6).［9］时永辉，张韬，刘峰，于德爽.MAP法处理高氨氮废水的影响因素研究［J］.中国给水排水,2010,2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