化学沉淀法除去废水中的氨氮及其反应

北极星环保网讯:摘要：水质指标中氨氮是引起水体富营养化的一种重要污染物。本次研究了化学沉淀法对废水中氨氮的处理，并探讨了不同条件下此方法去除氨氮的效果，如PH值、温度，沉淀剂投料比、氨氮浓度等不同条件。

随着经济发展和城市化进程的加快，水资源短缺、水质营养化和水体环境污染问题日益严重，污水处理问题已然成为特点问题。氨氮污水的治理方法有很多。如吹脱法、折点加氯法、生物法和离子交换法。而化学沉淀法的主要原理是[NH+4]  、[PO3-4] 、在碱性水溶液中反应生成的[MgNH4PO4?6H2O]可作肥料，在除去废水中氨氮的同时，实现变废为宝。

一、化学沉淀法得应用于与研究

化学沉淀法的应用及研究：化学沉淀法应用于废水处理，从20世纪六十年代就己经开始。1977年日本KenichiEbata等人在氨氮废水中添加[Mg2+]和[PO3-4]  ，通过MAP来去除[NH+4].pH调到8～11。沉淀用一种碱性化合物共热以得到[NH3]，  Mg0和磷酸盐。这样，如果将含[NH+4]1100mg/L的炼焦废水以[Mgcl2]和[NaH2PO4]处理后(pH调至9)  [NH+4]含量可小于100mg/L。其后日本Hiroshi  Ono等把该方法应用于处理含氟的氨氮废水，使用[NaH2PO4]和[Mg(NO3)2]，[NH+4]—N浓度可从253mg /  L降到10mg/L以下。Katsuyuki Kataoka 用该法处理吸附有[NH3]的沸石的再生溶液中的[NH+4]，也取得了较好效果。

我国许多研究人员也对此方法进行了研究。

谢炜平利用化学沉淀剂[[Mg(OH)2]+[H3PO4]]絮凝可有效去除废水中的氨氮，并可以制得以[MgNH4PO4]为主的复合肥，研究表明，该沉淀剂能使氨氮浓度在900mg/L以下时，氨氮去除率均在90%以上，当氨氮浓度小于50mg/L时，处理后水样中残留氨氮可降至l  mg/L以下，此法对低浓度氨氮处理具有设备简单，处理成本低，而且废物又可以回收利用。

钟理等人研究了化学沉淀法处理含氨氮废水，实验研究了不同操作条件：如溶液pH值、沉淀剂种类和配比、废水中的初始氨氮浓度等对氨氮的处理效率的影响。在适宜的操作条件下，可除去废水中的氨高达99%，处理后残液中氨浓度小于1  mg/L。并探讨了化学沉淀反应过程的机理。

二、MAP脱氮的基本机理

MAP法预处理氨氮废水，是向废水中投加含[Mg2+]和[PO3-4]离子的药剂，其主要化学反应如下：

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

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

再经重力沉淀或过滤，就得到MAP。其化学分子式是[MgNH4PO4?6H2O]  ，俗称鸟粪石。因为它的养分比其他可溶肥的释放速率慢，可以做缓释肥((SRFs );肥效利用率高，施肥次数少;同时不会出现化肥的灼烧的情况。

Ksp为MAP的溶度积常数，取溶度积常数的负对数记作pKsP，计算可得12.  60由于反应是离子反应，理论上生成MAP的反应比较完全，且反应速度快。从反应动力学方面定性分析，该反应可行。又由于磷酸铵镁的溶度积Ksp比较小，所以反应沉淀后可将氨氮脱至很低的水平。

三、影响MAP反应过程的因素

1.[Mg2+]：[NH+4]：[PO3-4]三者在反应过程中的比例

在化学沉淀法中，化学反应能否朝所需结果的方向发展，主要受下面反应平衡式的控制：

[MgNH4PO4]→[Mg2+]+[NH+4]+[PO3-4]

溶液中的微溶性盐离子[Mg2+]、[NH+4]和[PO3-4]浓度足够高，即浓度的乘积[[Mg2+]][[NH+4]][P043-]>[2.5x10-13]时，就会形成沉淀析出。理论上讲[NH+4]—N得以沉淀去除。

赵庆良等对含5618mg/L氨氮的垃圾渗滤液进行了处理，按n([Mg2+])：n([NH+4])： n([PO3-4])  =1：1：1投加氯化镁和磷酸氢二钠，废水中的氨氮质量浓度降为172mg/L，过量投加10%的氯化镁或磷酸盐，氨氮质量浓度分别可降为112 m/L和158  mg/L，继续提高氯化镁或磷酸盐的量，废水中剩余氨氮质量浓度处在100mg/L左右，很难进一步降低。全武刚和王继徽对某一合金厂的质量浓度为1600mg/L的氨氮废水进行处理，按最佳配比n([Mg2+])：n([NH+4])：  n([PO3-4])=1.  3：1：1，加入硫酸镁和磷酸氢二钠，氨氮质量浓度可降到60mg/L，对某炼油厂的氨氮含量为1231mg/L的废水进行处理，氨氮质量浓度可降低到112mg/L。

2.pH值的影响

对于废水来说，废水中的[Mg2+]、[NH+4]和[PO3-4]浓度受到很多因素的影响，其中pH将影响除了主反应以外至少还有以3个反应平衡式：

[Mg2+]+[OH-]→[Mg(OH)2] (1)

[NH+4]+ [OH-]→[NH3?H2O] (2)

[PO3-4]+[H+]→[HPO2-4] (3)

化学反应式(1)和(2)随pH的升高，反应向右移动，[Mg2+]和[NH+4]的浓度就会降低，不利于产生[MgNH4PO4]沉淀物。但是，对于(3)式来说，pH的升高，将使H+浓度降低，就会使平衡式向左移动，利于产生[MgNH4PO4]沉淀物。因此pH将是影响[Mg2+]、[NH+4]和[PO3-4]摩尔浓度积的主要因素，过高或过低的pH都不利于[MgNH4PO4]沉淀，也就是不利于[NH3]—N的去除，所以实验中必须确定一个比较理想的pH。

由有关科学分析，试验中最优pH为9～9.5.  3.33.氨氮的浓度受pH值以及水的温度影响比较大，水中的氨温度太高，氨氮将从溶液中挥发出去，增大沉淀物的溶解度;而温度太低，生成磷酸按镁的反应速度相对较慢。氨水调解池的温度一般为20-50℃，由李睿等人分析得，在试验温度20℃到45℃下，出水氨氮、镁离子、含磷量稳定氨氮去除率为93%，说明温度对反应过程中氨氮的去除率影响不大。后期的试验可在室温下进行。

4.氨氮初始浓度的影响

经有关科学分析，对于不同氨氮浓度的废水，其去除率均在90%以上，并且随着进水氨氮浓度的升高，氨氮去除率呈增长趋势，在氨氮浓度为2000mg/L以上时，去除率大于94%，出水中镁离子和含磷量也满足后续生化池处理的要求。所以，用磷酸按镁法去除高浓度的氨氮，去除效果良好。

四、小结

在用化学沉淀法除去废水中的氨氮时，选择的最优条件为：使pH值为9-9.5左右;投加得[NH+4]、[Mg2+]、 [PO3-4]  得摩尔比为1：1：1，反应可以在室温进行。

五、讨论及展望

综上所述，化学沉淀法有如下优点：

(1) MAP沉淀法与生物处理结合后，曝气池不需达到硝化阶段，曝气池体积比硝化反硝化法可以减少约1倍。

(2)氨氮在化学沉淀法中被沉淀去除，与硝化一反硝化法相比，能耗大大节省，反应也不受温度限制，不受有毒物的干扰。

(3)可以处理各种浓度的氨氮废水。

(4)如果产物MAP用作肥料，则可把水中的污染物氨氮变成了一种有用的物质，这在一定的程度上降低了处理费用。

因此，MAP沉淀法是一种技术可行，经济合理的氨氮废水处理方法，很有开发前景。从目前开发现状来看，主要需解决以下问题：①寻找价廉高效的沉淀剂降低处理费用。化学沉淀法处理废水的费用主要是药剂。如果能找到价廉高效的沉淀剂，则可望大大降低处理费用。②开发MAP作为肥料的价值。很多文献中虽然已提到MAP可作为肥料使用，但只有通过大田实验验证了MAP的肥效，并使之实际应用到农业生产中，才能真正为化学沉淀法的副产物MAP找到出路，使化学沉淀法在废水处理中得到应用。

延伸阅读：

【行业标准】水质 氨氮的测定 气相分子吸收光谱法

污水回用中COD和氨氮的去除方法详解