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磷酸铵镁法处理化肥厂高浓度氨氮废水试验研究

发布时间:2010-12-28 11:19:16  中国污水处理工程网

摘要:介绍了MAP(磷酸铵镁)法处理高浓度氨废水的技术,研究了药剂配比、反应pH 值对氨去除率的影 响。试验结果表明,当在氨废水中投加MgCl2 ·6H2O 和Na3PO4 ·12H2O 药剂,Mg2 + : PO4 3 - : NH4 + 摩尔配比为1 . 5 : 0 .9 : 1,反应pH 值为8 .5 ~ 9 .5 的条件下,原水的氨浓度可由2000 mg / L 降到15 mg / L,去除率达95%以上。

关键词:MAP(磷酸铵镁)废水废水处理

0 概述

MAP(Magnesium Ammonium Phosphate)化学沉淀法[1]的基 本原理是向含氨废水中添加镁盐和磷酸盐,反应生成 MAP(磷酸铵镁)。产物的化学分子式是MgNH4PO4 ·6H2O,俗 称鸟粪石。研究表明,MAP 法可以有效地去除化肥厂废水中 的高氨。本试验介绍了向废水中投加含Mg2 + 和 PO4 3 - 离子的药剂反应的试验过程,为废水高浓度氨 的预处理问题提供了一种可行的方法。

1 试验过程和机理

1 .1 废水来源与性质

试验用废水取自某化肥厂废水,原水氨浓度为2000 mg / L,pH 值为9 .0(pH 数字测定仪测得)。

1 .2 试验用仪器、药品及流程

试验仪器为1 000 ml 烧杯、可加热磁力搅拌器和pH数字测定仪。试验药剂为分析纯MgCl2 ·6H2O、Na3PO4 ·12H2O。 药剂按一定配比和顺序加入废水样,反应20min。反应完后通过重力沉降将固液分离,测定上清液中剩余氨、总磷的浓度。分析方法均采用国家标准分析法。

1 .3 反应机理

向氨废水中投加磷酸盐和镁盐,发生的主要化学反应如下:

由反应式(2)、(3)可知,试验过程中水样的pH 值不断下降,滴加NaOH 溶液可促进(2)、(3)式向正反应方向进行。

2 试验结果和讨论

2.1 反应pH 值和氨去除率的影响

MAP 是碱性盐,在碱性条件下溶解度随pH 值的升高而降 低。当溶液pH 值> 9.5 时,溶液中氨离子变成气态氨挥发。同 时,溶液中的Mg2 + 与OH- 生成Mg(OH)2 沉淀,当溶液pH 值> 11 时,还将生成溶解度更低的Mg(PO4 )3 沉淀。当溶液pH 值< 7 时,溶液中的PO4 3 - 浓度低,不利于反应(1)式的进行。因此,控 制反应pH 值在7.5 ~ 10 之间,讨论对氨去除率的影响。同时可以查看中国污水处理工程网更多关于化肥厂高浓度氨氮废水处理技术文档。

试验按顺序投加药剂后,水样的pH 值从原来的9.0 降到7 左右,图1 显示了随磷酸盐投加的摩尔比增加,水样pH 值的变 化。此时上清液的氨浓度为750 mg / L,控制Mg2 + : NH4 + : PO4 3 - 的比例为1.5:1:0.9,用NaOH 溶液调节水样pH 值,测定不 同数值下的氨浓度。由表1 当pH 值在9.0 左右时,氨的去除率可达98%,残磷量控制在5 mg / L 左右。

图1 加药后水样的pH 值的变化
表1 pH 值对氨去除率及残磷量的影响

2.2 药剂配比对氨去除率的影响

由反应(1)式可知,生成MgNH4PO4 ·6H2O,理论上Mg2 + : NH4 + :PO4 3 - 的摩尔比应为1:1:1。根据同离子效应,增大Mg2 + 、 PO4 3 - 的配比,可促进(1)式充分进行而提高氨的去除率。但经研究以及试验表明,若NH4 + : PO4 3 - 的摩尔配比< 1,虽然在一 定程度上提高了氨的去除率,但反应后的残磷量却高达几百 mg / L,带来了新的污染。

因此,为确保试验效果并避免产生二次污染,根据反应动力学原理,在降低磷酸盐投加比例的同时增加镁盐的投加量。

首先固定Mg2 + :NH4 + 的摩尔比为1.5:1,改变磷酸盐的投加量,研究氨去除率的变化,试验结果如表2 所示。试验药剂为 MgCl2 ·6H2O、Na3PO4 ·12H2O,反应的pH 值控制在9.0。

表2 改变磷酸盐投加比例对废水去除率及残磷量的影响

由表2 知,当磷酸盐配比为0.8 和0.9 时,氨的去除率分别为96.25%和99.25%,出水的氨浓度分别为75 mg / L 和15 mg / L,残磷量分别为9.2 mg / L 和19.8 mg / L。

固定PO4 3 - :NH4 + 的摩尔比为0.9:1,改变镁盐的投加量,控制反应的pH 值在9.0。研究改变镁盐的投加量对去除氨的影响。试验结果如表3 所示。

试验结果表明,增加镁盐的投加量,能有效地提高氨的去除率。当镁盐的投加比例为1.5 时,废水的氨浓度可以降到100 mg / L 以下。

表3 镁盐投加量与剩余氨、残磷量的比较

3 沉淀物分析

由反应式以及试验结果可知,反应产物的化学分子式为 MgNH4PO4 ·6H2O,纯晶体呈白色晶体粉末状,比重是1.7,溶于酸, 不溶于碱。MgNH4PO4 ·6H2O 分子量为245,理论上每处理1 kg 氨,需要1.71 kg 镁、2.21 kg 磷,以及一定量的NaOH 溶液,同时 可以生成17.5 kgMAP 沉淀,由于磷酸氨镁含有植物生长所需的 N、P、Mg 营养元素,且其养分比其他可溶肥的释放速率慢,肥料 利用率高,可作缓释肥使用,不会出现灼烧情况。国外研究资料 显示,MAP 的理论价格为198 ~ 330 美元/ 吨,开发MAP 作缓释肥有较高的经济价值,同时还可以降低高浓度氨废水的处理费用。

4 结论

(1)本文研究的是化肥厂废水,氨浓度高达2 000 mg / L,用一般的生物法难以降解,且高浓度氨废水还会直接影 响生物装置的正常运行[4]。应用本文作者所研究的化学沉淀法 生成MgNH4PO4 ·6H2O 沉淀,废水中氨的去除率高达95%以上, 达到预处理目的,为后续生化处理奠定了基础。

(2)研究表明,当采用MgCl2 ·6H2O、Na3PO4 ·12H2O 处理该废 水,Mg2 + :NH4 + :PO4 3 - 的摩尔比为1.5:1:0.9,pH 值在9.0 左右, 原水中的氨浓度可由2 000 mg / L 降到15 mg / L,而残磷量低于 20 mg / L。

(3)生成的磷酸氨镁沉淀物溶解、释放速度慢,农作物利用 率高,对环境污染小,是一种很有价值的缓释肥,肥料的开发利 用可以大大降低废水处理费用,具有较高的经济价值。来源:新乡师范高等专科学校学报 作者: 郭立萍 白斌 周晓靖

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