摘要： 以氯化鎂和磷酸氫二鈉為沉淀劑， 研究了磷酸銨鎂（MAP）化學沉淀法去除模擬廢水中氨氮的工藝條 件。結果表明： MAP 化學沉淀法對初始質量濃度為５００ ~ １０ ０００ mg ／ L 的氨氮廢水有很好的適應性， 能達到去除 水體中高濃度氨氮的目的。氨氮初始濃度、pH 值、反應溫度、反應時間、沉淀劑投加比例等操作條件， 對氨氮 的去除率有明顯影響， 在實際操作中， 控制反應溫度為２５ ～ ３５ ℃， pH 值為１０， 鎂、氮、磷的量比為１．２ ∶ １ ∶ １．２ 較適宜， 在此條件下反應２０ min， 對初始質量濃度為１ ０００ mg ／ L 的氨氮廢水的去除率達９８．７％。

關鍵詞： 氨氮廢水； 沉淀； 磷酸銨鎂

氨氮是水相環(huán)境中氮的主要存在形態(tài)， 是引起 水體富營養(yǎng)化和污染環(huán)境的一種重要污染物質， 目 前我國幾乎所有的受污染水域中， 氨氮都是主要污 染物之一。由氨氮污染而導致的水體富營養(yǎng)化問題 已嚴重危害農業(yè)、漁業(yè)及旅游業(yè)等諸多行業(yè)， 也對 飲水衛(wèi)生和食品安全構成了巨大威脅， 成為制約我 國經濟發(fā)展的重要因素。

目前常用的氨氮廢水處理技術包括活性炭或 沸石吸附法、空氣吹脫法、生物脫氮法及化 學沉淀法 等， 但在實際應用過程中， 這些處理方法受到種種因素的制約， 有其特定的適用范圍或局限性。

化學沉淀法處理氨氮廢水則具有工藝簡單、處 理對象廣泛及沉淀物可做肥料等優(yōu)勢，該法已日益受到重視，得到了國內外學者的廣泛研究。其原理 是往含氨氮廢水中加入沉淀劑MgCl２ 和Na２HPO４，與NH４＋ 反應生成MgNH４PO４·６H２O 沉淀（ 簡稱 MAP）， 從而實現(xiàn)從廢水中去除氨氮污染。

化學沉淀法已有工業(yè)化應用的范例， 但沉淀工 藝條件， 如pH 值、沉淀藥劑、反應時間等， 對氨 氮去除效果有很大影響。為此， 本文以實驗室模擬 氨氮廢水作為研究對象， 系統(tǒng)考察各種操作條件對 氨氮去除效果的影響， 以期指導實際生產。

１ 材料與方法

１．１ 試驗水質與方法 用定量NH４Cl（AR）配制體積２００ mL、NH３－N 濃度一定的模擬廢水， 并依次投加定量的Na２HPO４ （AR）及MgCl２（AR）； 恒溫下磁力攪拌一定時間， 并在反應過程中用濃度為５ mol ／ L 的NaOH 溶液調 節(jié)反應體系至預定pH 值； 反應結束后靜置一段時 間， 取上清液測定N、P， 以計算氨氮去除率及剩 余濃度等。

１．２ 分析方法

氨氮用納氏試劑光度法測定， PO_４^3-－P 采用鉬 銻抗分光光度法測定。

２ 結果與討論

２．１ 氨氮初始濃度的影響

圖１表示氨氮初始質量濃度在５００ ～ １０ ０００ mg ／ L 范圍內變化時對氨氮沉淀效果的影響， 其中 試驗固定條件： 溫度為２５ ℃、pH 值為１０、沉淀 劑添加比例n（Mg） ∶ n（N） ∶ n（P） ＝ １ ∶ １ ∶ １、反應時間２０ min。

圖1 氨氮初始濃度的影響

圖１表明， 當氨氮初始質量濃度為５００ mg ／ L 時， 氨氮的去除率是８９．６％， 且隨初始濃度的增 加， 氨氮的去除率逐漸升高。由此可見以MAP 化 學沉淀法處理氨氮廢水時對其初始濃度有廣泛的適 用性， 而且適合于處理高氨氮濃度廢水。同時也可 看出， 當氨氮初始質量濃度是２ ０００ mg ／ L 時， 剩 余氨氮的質量濃度為１５９．５mg ／ L， 初始質量濃度為 １０ ０００ mg ／ L 時， 剩余氨氮的質量濃度則更高， 達 ６５６．６ mg ／ L， 這顯然不能達到排放標準。因此認 為， 考慮到生物法無法適應高濃度氨氮廢水的缺 點， 可以利用MAP 化學沉淀法與生物法結合， 即 以沉淀法作為生物法的預處理， 將高濃度的氨氮降 到適宜于生物處理的濃度， 再采用生物法處理。

２．２ pH 值的影響

圖２ 表示pH 值的影響， 試驗固定條件： 氨氮 初始質量濃度１ ０００ mg ／ L、溫度２５ ℃、沉淀劑添 加比例n（Mg） ∶ n（N） ∶ n（P） ＝ １ ∶ １ ∶ １、反應時間２０min。

圖２ pH 值的影響

圖２ 表明， 當反應體系的pH 值在９～１１ 時， 氨氮的去除率超過９０％， 且相差不大， 即此pH 值 范圍內有利于MgNH４PO４ 沉淀的生成。理論上來 說， 當pH ＜ ８ 時， 磷以PO４ ３－ 形式存在的比例很 小， 主要以HPO４ ２ － 的形式存在， 從而不利于 MgNH４PO４ 的生成； 當在強堿性溶液中， 磷則易形 成更難溶的Mg３（PO４）２ 沉淀， 如pH ＞ １１ 時， 還會 形成Mg（OH）２ 沉淀。從試驗結果來看， 控制pH 值為１０ 時， 氨氮的去除率最高， 達９１．４％， 且剩 余磷濃度最小， 因此控制溶液體系pH 值為１０ 較 為適宜。

２．３ 反應時間的影響

圖3  反應時間的影響

圖３ 表示反應時間的影響， 試驗固定條件： 氨 氮的初始質量濃度為１ ０００ mg ／ L、溫度為２５ ℃、 pH 值為１０、沉淀劑添加比例n（Mg） ∶ n（N） ∶ n（P） ＝ １ ∶ １ ∶ １。 圖３ 表明， 當反應時間為１０ min 時， 氨氮去 除率已達９０．８％； 將反應時間由１０ min 延長至６０ min， 對氨氮的去除率幾乎沒有影響， 均為９０％ 左 右。因此， 在反應進行１０ min 后， 沉淀反應已基 本完成， 為保證沉淀反應充分完成， 反應時間以２０ min 較為適宜。

２．４ 溫度的影響

２．５ 沉淀劑投加比例的影響

２．６ 鎂鹽種類的影響

３ 結論

（１） 根據一系列單因素的試驗結果得出了最優(yōu) 工藝條件： 反應溫度為２５ ～ ３５ ℃， pH 值為１０， 鎂、氮、磷的量比為１.２ ∶ １ ∶ １.２。在此條件下處理 初始質量濃度１ ０００ mg ／ L 的氨氮廢水， 反應２０ min， 氨氮質量濃度可降至１０．４ mg ／ L， 去除率達 ９８．７％， 剩余磷的質量濃度為９１．９ mg ／ L。

（２） MAP 化學沉淀法在處理高濃度的氨氮廢 水時有很好的適應性， 具有反應速度快、氨氮沉淀 完全及操作簡單等優(yōu)勢。

（３） MAP 化學沉淀法的最大不足之處是沉淀 藥劑（磷鹽及鎂鹽）和調節(jié)pH 值的堿價格較貴， 使 得實際應用時處理成本高而制約其應用， 下一步工 作的重點應是解決沉淀劑的循環(huán)使用問題， 以降低處理成本。

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