磷酸銨鎂法處理化肥廠高濃度氨氮廢水試驗研究

摘要：介紹了MAP（磷酸銨鎂）法處理高濃度氨氮廢水的技術，研究了藥劑配比、反應pH 值對氨氮去除率的影 響。試驗結果表明，當在氨氮廢水中投加MgCl2 ·6H2O 和Na3PO4 ·12H2O 藥劑，Mg2 + : PO4 3 - : NH4 + 摩爾配比為1 . 5 : 0 .9 : 1，反應pH 值為8 .5 ～ 9 .5 的條件下，原水的氨氮濃度可由2000 mg / L 降到15 mg / L，去除率達95%以上。

關鍵詞：MAP（磷酸銨鎂）氮肥廢水氨氮廢水處理

0 概述

MAP（Magnesium Ammonium Phosphate）化學沉淀法［1］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）。產物的化學分子式是MgNH4PO4 ·6H2O，俗 稱鳥糞石。研究表明，MAP 法可以有效地去除化肥廠廢水中 的高氨氮。本試驗介紹了向氮肥廢水中投加含Mg2 + 和 PO4 3 - 離子的藥劑反應的試驗過程，為氮肥廢水高濃度氨氮 的預處理問題提供了一種可行的方法。

1 試驗過程和機理

1 .1 廢水來源與性質

試驗用廢水取自某化肥廠廢水，原水氨氮濃度為2000 mg / L，pH 值為9 .0（pH 數字測定儀測得）。

1 .2 試驗用儀器、藥品及流程

試驗儀器為1 000 ml 燒杯、可加熱磁力攪拌器和pH數字測定儀。試驗藥劑為分析純MgCl2 ·6H2O、Na3PO4 ·12H2O。 藥劑按一定配比和順序加入廢水樣，反應20min。反應完后通過重力沉降將固液分離，測定上清液中剩余氨氮、總磷的濃度。分析方法均采用國家標準分析法。

1 .3 反應機理

向氨氮廢水中投加磷酸鹽和鎂鹽，發生的主要化學反應如下：

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

2 試驗結果和討論

2.1 反應pH 值和氨氮去除率的影響

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，溶液中氨離子變成氣態氨揮發。同 時，溶液中的Mg2 + 與OH- 生成Mg（OH）2 沉淀，當溶液pH 值> 11 時，還將生成溶解度更低的Mg（PO4 ）3 沉淀。當溶液pH 值< 7 時，溶液中的PO4 3 - 濃度低，不利于反應（1）式的進行。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。同時可以查看中國污水處理工程網更多關于化肥廠高濃度氨氮廢水處理技術文檔。

試驗按順序投加藥劑后，水樣的pH 值從原來的9.0 降到7 左右，圖1 顯示了隨磷酸鹽投加的摩爾比增加，水樣pH 值的變 化。此時上清液的氨氮濃度為750 mg / L，控制Mg2 + : NH4 + : PO4 3 - 的比例為1.5:1:0.9，用NaOH 溶液調節水樣pH 值，測定不 同數值下的氨氮濃度。由表1 當pH 值在9.0 左右時，氨氮的去除率可達98%，殘磷量控制在5 mg / L 左右。

圖1 加藥后水樣的pH 值的變化

表1 pH 值對氨氮去除率及殘磷量的影響

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 + :PO4 3 - 的摩爾比應為1:1:1。根據同離子效應，增大Mg2 + 、 PO4 3 - 的配比，可促進（1）式充分進行而提高氨氮的去除率。但經研究以及試驗表明，若NH4 + : PO4 3 - 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，帶來了新的污染。

因此，為確保試驗效果并避免產生二次污染，根據反應動力學原理，在降低磷酸鹽投加比例的同時增加鎂鹽的投加量。

首先固定Mg2 + :NH4 + 的摩爾比為1.5:1，改變磷酸鹽的投加量，研究氨氮去除率的變化，試驗結果如表2 所示。試驗藥劑為 MgCl2 ·6H2O、Na3PO4 ·12H2O，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，氨氮的去除率分別為96.25%和99.25%，出水的氨氮濃度分別為75 mg / L 和15 mg / L，殘磷量分別為9.2 mg / L 和19.8 mg / L。

固定PO4 3 - :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。

試驗結果表明，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，廢水的氨氮濃度可以降到100 mg / L 以下。

表3 鎂鹽投加量與剩余氨氮、殘磷量的比較

3 沉淀物分析

由反應式以及試驗結果可知，反應產物的化學分子式為 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1 kg 氨氮，需要1.71 kg 鎂、2.21 kg 磷，以及一定量的NaOH 溶液，同時 可以生成17.5 kgMAP 沉淀，由于磷酸氨鎂含有植物生長所需的 N、P、Mg 營養元素，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，不會出現灼燒情況。國外研究資料 顯示，MAP 的理論價格為198 ～ 330 美元/ 噸，開發MAP 作緩釋肥有較高的經濟價值，同時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氮肥廢水，氨氮濃度高達2 000 mg / L，用一般的生物法難以降解，且高濃度氨氮的廢水還會直接影 響生物裝置的正常運行［4］。應用本文作者所研究的化學沉淀法 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 + :PO4 3 - 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2 000 mg / L 降到15 mg / 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，對環境污染小，是一種很有價值的緩釋肥，肥料的開發利 用可以大大降低廢水處理費用，具有較高的經濟價值。來源：新鄉師范高等?？茖W校學報 作者: 郭立萍 白斌 周曉靖