楊波

摘 要：水質(zhì)指標(biāo)中氨氮是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的一種重要污染物。本次研究了化學(xué)沉淀法對(duì)廢水中氨氮的處理，并探討了不同條件下此方法去除氨氮的效果，如PH值、溫度，沉淀劑投料比、氨氮濃度等不同條件。

關(guān)鍵詞：化學(xué)沉淀法;廢水處理;氨氮

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，水資源短缺、水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)化和水體環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，污水處理問(wèn)題已然成為特點(diǎn)問(wèn)題。氨氮污水的治理方法有很多。如吹脫法、折點(diǎn)加氯法、生物法和離子交換法。而化學(xué)沉淀法的主要原理是[NH+4] 、[PO3-4] 、在堿性水溶液中反應(yīng)生成的[MgNH4PO4?6H2O]可作肥料，在除去廢水中氨氮的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)變廢為寶。

一、化學(xué)沉淀法得應(yīng)用于與研究

化學(xué)沉淀法的應(yīng)用及研究：化學(xué)沉淀法應(yīng)用于廢水處理，從20世紀(jì)六十年代就己經(jīng)開始。1977年日本KenichiEbata等人在氨氮廢水中添加[Mg2+]和[PO3-4] ，通過(guò)MAP來(lái)去除[NH+4].pH調(diào)到8～11。沉淀用一種堿性化合物共熱以得到[NH3]， Mg0和磷酸鹽。這樣，如果將含[NH+4]1100mg/L的煉焦廢水以[Mgcl2]和[NaH2PO4]處理后（pH調(diào)至9） [NH+4]含量可小于100mg/L。其后日本Hiroshi Ono等把該方法應(yīng)用于處理含氟的氨氮廢水，使用[NaH2PO4]和[Mg（NO3）2]，[NH+4]—N濃度可從253mg / L降到10mg/L以下。Katsuyuki ?Kataoka 用該法處理吸附有[NH3]的沸石的再生溶液中的[NH+4]，也取得了較好效果。

我國(guó)許多研究人員也對(duì)此方法進(jìn)行了研究。

謝煒平利用化學(xué)沉淀劑[[Mg（OH）2]+[H3PO4]]絮凝可有效去除廢水中的氨氮，并可以制得以[MgNH4PO4]為主的復(fù)合肥，研究表明，該沉淀劑能使氨氮濃度在900mg/L以下時(shí)，氨氮去除率均在90%以上，當(dāng)氨氮濃度小于50mg/L時(shí)，處理后水樣中殘留氨氮可降至l mg/L以下，此法對(duì)低濃度氨氮處理具有設(shè)備簡(jiǎn)單，處理成本低，而且廢物又可以回收利用。

鐘理等人研究了化學(xué)沉淀法處理含氨氮廢水，實(shí)驗(yàn)研究了不同操作條件：如溶液pH值、沉淀劑種類和配比、廢水中的初始氨氮濃度等對(duì)氨氮的處理效率的影響。在適宜的操作條件下，可除去廢水中的氨高達(dá)99%，處理后殘液中氨濃度小于1 mg/L。并探討了化學(xué)沉淀反應(yīng)過(guò)程的機(jī)理。

二、MAP脫氮的基本機(jī)理

MAP法預(yù)處理氨氮廢水，是向廢水中投加含[Mg2+]和[PO3-4]離子的藥劑，其主要化學(xué)反應(yīng)如下：

[Mg2+]+[NH+4]+[PO3-4] +6[H2O]→[MgNH4PO4?6H2O]

Ksp=[[Mg2+]][[NH+4]][[PO3-4]]=2.51x[10-13]

再經(jīng)重力沉淀或過(guò)濾，就得到MAP。其化學(xué)分子式是[MgNH4PO4?6H2O] ，俗稱鳥糞石。因?yàn)樗酿B(yǎng)分比其他可溶肥的釋放速率慢，可以做緩釋肥（（SRFs ）;肥效利用率高，施肥次數(shù)少;同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)化肥的灼燒的情況。

Ksp為MAP的溶度積常數(shù)，取溶度積常數(shù)的負(fù)對(duì)數(shù)記作pKsP，計(jì)算可得12. 60由于反應(yīng)是離子反應(yīng)，理論上生成MAP的反應(yīng)比較完全，且反應(yīng)速度快。從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面定性分析，該反應(yīng)可行。又由于磷酸銨鎂的溶度積Ksp比較小，所以反應(yīng)沉淀后可將氨氮脫至很低的水平。

三、影響MAP反應(yīng)過(guò)程的因素

1.[Mg2+]：[NH+4]：[PO3-4]三者在反應(yīng)過(guò)程中的比例

在化學(xué)沉淀法中，化學(xué)反應(yīng)能否朝所需結(jié)果的方向發(fā)展，主要受下面反應(yīng)平衡式的控制：

[MgNH4PO4]→[Mg2+]+[NH+4]+[PO3-4]

溶液中的微溶性鹽離子[Mg2+]、[NH+4]和[PO3-4]濃度足夠高，即濃度的乘積[[Mg2+]][[NH+4]][P043-]>[2.5x10-13]時(shí)，就會(huì)形成沉淀析出。理論上講[NH+4]—N得以沉淀去除。

趙慶良等對(duì)含5618mg/L氨氮的垃圾滲濾液進(jìn)行了處理，按n（[Mg2+]）：n（[NH+4]）： n（[PO3-4]） =1：1：1投加氯化鎂和磷酸氫二鈉，廢水中的氨氮質(zhì)量濃度降為172mg/L，過(guò)量投加10%的氯化鎂或磷酸鹽，氨氮質(zhì)量濃度分別可降為112 m/L和158 mg/L，繼續(xù)提高氯化鎂或磷酸鹽的量，廢水中剩余氨氮質(zhì)量濃度處在100mg/L左右，很難進(jìn)一步降低。全武剛和王繼徽對(duì)某一合金廠的質(zhì)量濃度為1600mg/L的氨氮廢水進(jìn)行處理，按最佳配比n（[Mg2+]）：n（[NH+4]）： n（[PO3-4]）=1. 3：1：1，加入硫酸鎂和磷酸氫二鈉，氨氮質(zhì)量濃度可降到60mg/L，對(duì)某煉油廠的氨氮含量為1231mg/L的廢水進(jìn)行處理，氨氮質(zhì)量濃度可降低到112mg/L。

2.pH值的影響

對(duì)于廢水來(lái)說(shuō)，廢水中的[Mg2+]、[NH+4]和[PO3-4]濃度受到很多因素的影響，其中pH將影響除了主反應(yīng)以外至少還有以3個(gè)反應(yīng)平衡式：

[Mg2+]+[OH-]→[Mg（OH）2] （1）

[NH+4]+ [OH-]→[NH3?H2O] ?（2）

[PO3-4]+[H+]→[HPO2-4] ? （3）

化學(xué)反應(yīng)式（1）和（2）隨pH的升高，反應(yīng)向右移動(dòng)，[Mg2+]和[NH+4]的濃度就會(huì)降低，不利于產(chǎn)生[MgNH4PO4]沉淀物。但是，對(duì)于（3）式來(lái)說(shuō)，pH的升高，將使H+濃度降低，就會(huì)使平衡式向左移動(dòng)，利于產(chǎn)生[MgNH4PO4]沉淀物。因此pH將是影響[Mg2+]、[NH+4]和[PO3-4]摩爾濃度積的主要因素，過(guò)高或過(guò)低的pH都不利于[MgNH4PO4]沉淀，也就是不利于[NH3]—N的去除，所以實(shí)驗(yàn)中必須確定一個(gè)比較理想的pH。由有關(guān)科學(xué)分析，試驗(yàn)中最優(yōu)pH為9～9.5.

3.33.氨氮的濃度受pH值以及水的溫度影響比較大，水中的氨溫度太高，氨氮將從溶液中揮發(fā)出去，增大沉淀物的溶解度;而溫度太低，生成磷酸按鎂的反應(yīng)速度相對(duì)較慢。氨水調(diào)解池的溫度一般為20-50℃，由李睿[[8]]等人分析得，在試驗(yàn)溫度20℃到45℃下，出水氨氮、鎂離子、含磷量穩(wěn)定氨氮去除率為93%，說(shuō)明溫度對(duì)反應(yīng)過(guò)程中氨氮的去除率影響不大。后期的試驗(yàn)可在室溫下進(jìn)行。

4.氨氮初始濃度的影響

經(jīng)有關(guān)科學(xué)分析，對(duì)于不同氨氮濃度的廢水，其去除率均在90%以上，并且隨著進(jìn)水氨氮濃度的升高，氨氮去除率呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，在氨氮濃度為2000mg/L以上時(shí)，去除率大于94%，出水中鎂離子和含磷量也滿足后續(xù)生化池處理的要求。所以，用磷酸按鎂法去除高濃度的氨氮，去除效果良好。

四、小結(jié)

在用化學(xué)沉淀法除去廢水中的氨氮時(shí)，選擇的最優(yōu)條件為：使pH值為9-9.5左右;投加得[NH+4]、[Mg2+]、 [PO3-4] 得摩爾比為1：1：1，反應(yīng)可以在室溫進(jìn)行。

五、討論及展望

綜上所述，化學(xué)沉淀法有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1） MAP沉淀法與生物處理結(jié)合后，曝氣池不需達(dá)到硝化階段，曝氣池體積比硝化反硝化法可以減少約1倍。

（2）氨氮在化學(xué)沉淀法中被沉淀去除，與硝化一反硝化法相比，能耗大大節(jié)省，反應(yīng)也不受溫度限制，不受有毒物的干擾。

（3）可以處理各種濃度的氨氮廢水。

（4）如果產(chǎn)物MAP用作肥料，則可把水中的污染物氨氮變成了一種有用的物質(zhì)，這在一定的程度上降低了處理費(fèi)用。

因此，MAP沉淀法是一種技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理的氨氮廢水處理方法，很有開發(fā)前景。從目前開發(fā)現(xiàn)狀來(lái)看，主要需解決以下問(wèn)題：①尋找價(jià)廉高效的沉淀劑降低處理費(fèi)用。化學(xué)沉淀法處理廢水的費(fèi)用主要是藥劑。如果能找到價(jià)廉高效的沉淀劑，則可望大大降低處理費(fèi)用。②開發(fā)MAP作為肥料的價(jià)值。很多文獻(xiàn)中雖然已提到MAP可作為肥料使用，但只有通過(guò)大田實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了MAP的肥效，并使之實(shí)際應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，才能真正為化學(xué)沉淀法的副產(chǎn)物MAP找到出路，使化學(xué)沉淀法在廢水處理中得到應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] Kenichi Ebata. Karoru Ichimaru，Kyoji Ton. Ammonia removal from wastewaters. Japan. Kokai77 04， 649. 1997

[2] Hiroshi Ono.Naoki Okada. Removal of ammonical nitrogen from wastewaters. Japan. Kokai 77 155. 860. 1997

[3] Katsuyuki Kataoka. Treatment of waste regeneration solutions ion exchange of wastewaters.Japan. ?Kokai 78 67， 675. 1978

[4]謝煒平.廢水中氨氮的去除與利用.環(huán)境導(dǎo)報(bào)，1999， ?1： ?14～15

[5」鐘理等.化學(xué)沉淀法除去廢水中的氨氮及其反應(yīng)的探討.重慶環(huán)境科學(xué)，2000， 22 （6）： 54～ 56，71

[6]全武剛，王繼徽.磷酸銨鎂除磷脫氮技術(shù).工業(yè)用水與廢水，2002， ?33 （5 ）： 4～6

[7]張力軍.中國(guó)環(huán)境保護(hù)手冊(cè)〔S].海洋出版社

[8]李睿，程芳琴.焦化廢水中氨氮的去除研究，2007，7

作者簡(jiǎn)介：

楊波（1993.11～），男，江西省萍鄉(xiāng)人，南昌市昌北經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)江西農(nóng)業(yè)大學(xué);應(yīng)用化學(xué)專業(yè);本科生。