化學(xué)沉淀法處理高濃度化肥廠(chǎng)廢水

化學(xué)沉淀法是2O世紀9O年代興起的一種新的處理方法，尤其適合于高濃度氨氮廢水的處理，脫氮效率高，工藝簡(jiǎn)單，可通過(guò)生成鳥(niǎo)糞石作為肥料回收氨。

MAP （Magnesium Ammonium Phosphate）化學(xué)沉淀法的基本原理是向含氨氮的廢水中添加鎂鹽和磷酸鹽，反應生成MAP （磷酸銨鎂）。產(chǎn)物的化學(xué)分子式是 MgNH4PO4·6H2O，俗稱(chēng)鳥(niǎo)糞石。研究表明，MAP法可以有效地去除化肥廠(chǎng)廢水中的高氨氮�；瘜W(xué)沉淀法為氮肥廢水高濃度氨氮的預處理問(wèn)題提供了一種可行的途徑。

1 反應機理

向氨氮廢水中投加磷酸鹽和鎂鹽，發(fā)生的主要化學(xué)反應如下：

Mg2+ + PO43- + NH4+ + 6H2O= MgNH4PO4 · 6H2O （1）

Mg2+ + HPO42 - + NH4+ + 6H2O=MgNH4PO4 · 6H2O + H+（2）

Mg2+ + H2PO4- + NH4+ + 6H2O=MgNH4PO4 · 6H2O + 2H+（3）

Ks = ［Mg2 +］［NH4+］［PO43 -］ = 2.5 × 10- 13 （4）

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

2 結果和討論

MAP是堿性鹽，在堿性條件下溶解度隨pH值的升高而降低。當溶液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，當溶液pH值>11時(shí)，還將生成溶解度更低的Mg（PO4）3沉淀。當溶液pH值<7時(shí)，溶液中的PO43-濃度低，不利于反應（1）式的進(jìn)行。因此，控制反應pH值在7.5～10之間，討論對氨氮去除率的影響。

2.2 藥劑配比對氨氮去除率的影響
由反應（1）式可知，生成MgNH4PO4·6H2O，理論上Mg2+:NH4+:PO43-的摩爾比應為1:1:1。根據同離子效應，增大Mg2+、PO43-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)研究以及試驗表明，若NH4+:PO43-的摩爾配比<1，雖然在一定程度上提高了氨氮的去除率，但反應后的殘磷量卻高達幾百mg/L，帶來(lái)了新的污染。

因此，為確保效果并避免產(chǎn)生二次污染，根據反應動(dòng)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，反應的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75mg/L和15mg/L，殘磷量分別為9.2mg/L和19.8mg/L。固定PO43-:NH4+的摩爾比為0.9:1，改變鎂鹽的投加量，控制反應的pH值在9.0。研究改變鎂鹽的投加量對去除氨氮的影響。試驗結果如表3所示。

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

3 沉淀物分析

由反應式以及試驗結果可知，反應產(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1kg氨氮，需要1.71kg鎂、2.21kg磷，以及一定量的NaOH溶液，同時(shí)可以生成17.5kgMAP 沉淀，由于磷酸氨鎂含有植物生長(cháng)所需的N、P、Mg營(yíng)養元素，且其養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(huì )出現灼燒情況。國外研究資料顯示，MAP的理論價(jià)格為198～330美元/噸，開(kāi)發(fā)MAP作緩釋肥有較高的經(jīng)濟價(jià)值，同時(shí)還可以降低高濃度氨氮廢水的處理費用。

4 結論

（1） 本文研究的是化肥廠(chǎng)氮肥廢水，氨氮濃度高達2000mg/L，用一般的生物法難以降解，且高濃度氨氮的廢水還會(huì )直接影響生物裝置的正常運行�；瘜W(xué)沉淀法生成 MgNH4PO4·6H2O沉淀，廢水中氨氮的去除率高達95%以上，達到預處理目的，為后續生化處理奠定了基礎。

（2） 研究表明， 當采用 MgCl2·6H2O、Na3PO4·12H2O處理該廢水，Mg2+:NH4+:PO43-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2000mg/L降到15mg/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(kāi)發(fā)利用可以大大降低廢水處理費用，具有較高的經(jīng)濟價(jià)值。