MAP化学沉淀法处理氨氮废水的工艺研究
摘要： 以氯化镁和磷酸氢二钠为沉淀剂， 研究了磷酸铵镁（MAP）化学沉淀法去除模拟废水中氨氮的工艺条 件。结果表明： MAP 化学沉淀法对初始质量浓度为５００ ~ １０ ０００ mg ／ L 的氨氮废水有很好的适应性， 能达到去除 水体中高浓度氨氮的目的。氨氮初始浓度、pH 值、反应温度、反应时间、沉淀剂投加比例等操作条件， 对氨氮 的去除率有明显影响， 在实际操作中， 控制反应温度为２５ ～ ３５ ℃， pH 值为１０， 镁、氮、磷的量比为１．２ ∶ １ ∶ １．２ 较适宜， 在此条件下反应２０ min， 对初始质量浓度为１ ０００ mg ／ L 的氨氮废水的去除率达９８．７％。
关键词： 氨氮废水； 沉淀； 磷酸铵镁
氨氮是水相环境中氮的主要存在形态， 是引起 水体富营养化和污染环境的一种重要污染物质， 目 前我国几乎所有的受污染水域中， 氨氮都是主要污 染物之一。由氨氮污染而导致的水体富营养化问题 已严重危害农业、渔业及旅游业等诸多行业， 也对 饮水卫生和食品安全构成了巨大威胁， 成为制约我 国经济发展的重要因素。
目前常用的氨氮废水处理技术包括活性炭或 沸石吸附法、空气吹脱法、生物脱氮法及化 学沉淀法 等， 但在实际应用过程中， 这些处理方法受到种种因素的制约， 有其特定的适用范围或局限性。
化学沉淀法处理氨氮废水则具有工艺简单、处 理对象广泛及沉淀物可做肥料等优势，该法已日益受到重视，得到了国内外学者的广泛研究。其原理 是往含氨氮废水中加入沉淀剂MgCl２ 和Na２HPO４，与NH４＋ 反应生成MgNH４PO４·６H２O 沉淀（ 简称 MAP）， 从而实现从废水中去除氨氮污染。
化学沉淀法已有工业化应用的范例， 但沉淀工 艺条件， 如pH 值、沉淀药剂、反应时间等， 对氨 氮去除效果有很大影响。为此， 本文以实验室模拟 氨氮废水作为研究对象， 系统考察各种操作条件对 氨氮去除效果的影响， 以期指导实际生产。
１ 材料与方法
１．１ 试验水质与方法 用定量NH４Cl（AR）配制体积２００ mL、NH３－N 浓度一定的模拟废水， 并依次投加定量的Na２HPO４ （AR）及MgCl２（AR）； 恒温下磁力搅拌一定时间， 并在反应过程中用浓度为５ mol ／ L 的NaOH 溶液调 节反应体系至预定pH 值； 反应结束后静置一段时 间， 取上清液测定N、P， 以计算氨氮去除率及剩 余浓度等。
１．２ 分析方法
氨氮用纳氏试剂光度法测定， PO４3-－P 采用钼 锑抗分光光度法测定。
２ 结果与讨论
２．１ 氨氮初始浓度的影响
图１表示氨氮初始质量浓度在５００ ～ １０ ０００ mg ／ L 范围内变化时对氨氮沉淀效果的影响， 其中 试验固定条件： 温度为２５ ℃、pH 值为１０、沉淀 剂添加比例n（Mg） ∶ n（N） ∶ n（P） ＝ １ ∶ １ ∶ １、反应时间２０ min。
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| 图1 氨氮初始浓度的影响 |
图１表明， 当氨氮初始质量浓度为５００ mg ／ L 时， 氨氮的去除率是８９．６％， 且随初始浓度的增 加， 氨氮的去除率逐渐升高。由此可见以MAP 化 学沉淀法处理氨氮废水时对其初始浓度有广泛的适 用性， 而且适合于处理高氨氮浓度废水。同时也可 看出， 当氨氮初始质量浓度是２ ０００ mg ／ L 时， 剩 余氨氮的质量浓度为１５９．５mg ／ L， 初始质量浓度为 １０ ０００ mg ／ L 时， 剩余氨氮的质量浓度则更高， 达 ６５６．６ mg ／ L， 这显然不能达到排放标准。因此认 为， 考虑到生物法无法适应高浓度氨氮废水的缺 点， 可以利用MAP 化学沉淀法与生物法结合， 即 以沉淀法作为生物法的预处理， 将高浓度的氨氮降 到适宜于生物处理的浓度， 再采用生物法处理。
２．２ pH 值的影响
图２ 表示pH 值的影响， 试验固定条件： 氨氮 初始质量浓度１ ０００ mg ／ L、温度２５ ℃、沉淀剂添 加比例n（Mg） ∶ n（N） ∶ n（P） ＝ １ ∶ １ ∶ １、反应时间２０min。
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| 图２ pH 值的影响 |
图２ 表明， 当反应体系的pH 值在９～１１ 时， 氨氮的去除率超过９０％， 且相差不大， 即此pH 值 范围内有利于MgNH４PO４ 沉淀的生成。理论上来 说， 当pH ＜ ８ 时， 磷以PO４ ３－ 形式存在的比例很 小， 主要以HPO４ ２ － 的形式存在， 从而不利于 MgNH４PO４ 的生成； 当在强碱性溶液中， 磷则易形 成更难溶的Mg３（PO４）２ 沉淀， 如pH ＞ １１ 时， 还会 形成Mg（OH）２ 沉淀。从试验结果来看， 控制pH 值为１０ 时， 氨氮的去除率最高， 达９１．４％， 且剩 余磷浓度最小， 因此控制溶液体系pH 值为１０ 较 为适宜。
２．３ 反应时间的影响
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| 图3 反应时间的影响 |
图３ 表示反应时间的影响， 试验固定条件： 氨 氮的初始质量浓度为１ ０００ mg ／ L、温度为２５ ℃、 pH 值为１０、沉淀剂添加比例n（Mg） ∶ n（N） ∶ n（P） ＝ １ ∶ １ ∶ １。 图３ 表明， 当反应时间为１０ min 时， 氨氮去 除率已达９０．８％； 将反应时间由１０ min 延长至６０ min， 对氨氮的去除率几乎没有影响， 均为９０％ 左 右。因此， 在反应进行１０ min 后， 沉淀反应已基 本完成， 为保证沉淀反应充分完成， 反应时间以２０ min 较为适宜。
２．４ 温度的影响
２．５ 沉淀剂投加比例的影响
２．６ 镁盐种类的影响
３ 结论
（１） 根据一系列单因素的试验结果得出了最优 工艺条件： 反应温度为２５ ～ ３５ ℃， pH 值为１０， 镁、氮、磷的量比为１.２ ∶ １ ∶ １.２。在此条件下处理 初始质量浓度１ ０００ mg ／ L 的氨氮废水， 反应２０ min， 氨氮质量浓度可降至１０．４ mg ／ L， 去除率达 ９８．７％， 剩余磷的质量浓度为９１．９ mg ／ L。
（２） MAP 化学沉淀法在处理高浓度的氨氮废 水时有很好的适应性， 具有反应速度快、氨氮沉淀 完全及操作简单等优势。
（３） MAP 化学沉淀法的最大不足之处是沉淀 药剂（磷盐及镁盐）和调节pH 值的碱价格较贵， 使 得实际应用时处理成本高而制约其应用， 下一步工 作的重点应是解决沉淀剂的循环使用问题， 以降低处理成本。
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