CN101898840A - 一种可提高磷酸铵镁沉淀去除氨氮和磷的效果的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可提高磷酸铵镁沉淀去除氨氮和磷的效果的方法，其特征在于通过以下几种处理方法之一实现：a.在含氨氮废水中按所Mg2+∶NH4 +∶PO4 3-＝1～1.5∶1∶0.8～1.5比例首先加入反应全部所需的磷酸盐，待磷酸盐完全溶解后，在一定的反应时间内(30～120分钟)分多次或连续的逐渐加入所需的全部镁盐，反应过程中溶液pH始终保持在8～10.5范围内；b.试剂比和各反应条件和a相同，不同之处为首先加入反应全部所需镁盐，然后分多次或连续的逐渐加入所需的全部磷酸盐；c.试剂比和各反应条件和a相同，不同之处为分多次或连续的逐渐同时加入全部所需的镁盐和磷酸盐。本发明方法以a方法为最佳，不增加磷镁试剂用量、操作难度及处理费用即可显著提高氨氮去除效果8％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种可提高磷酸铵镁沉淀去除氨氮和磷的效果的方法。属含氨氮和磷等营养物的污染废水处理技术领域。
背景技术
氨氮和磷是一种营养物质，对生物的生长具有重要意义。然而，若氨氮和磷大量存在于水体中能导致水体富营养化，使得浮游藻类增加，降低水中溶解氧，同时氨氮能对鱼类产生毒性，如水体中氨浓度大于0.2mg/L时其对鱼类及其他水生物将产生重大危害或死亡。因此，为防止氨氮和磷在水体中造成污染和危害，必须在该类污染物排入水体前对其进行严格的处理。
磷酸铵镁(MgNH4PO4·6H2O，MAP)俗称鸟粪石，是一种白色晶体复盐。由于磷酸铵镁在水体中易于分离且溶解度低(每100ml水中仅能溶解23mg)，利用磷酸铵镁沉淀的生成可有效的去除氨氮和磷，并可回收磷酸铵镁作为农用化肥，这已为许多文献所报道。影响磷酸铵镁沉淀的因素较多，如pH、溶液过饱和度、磷镁药剂比、晶种及能与Mg2+和PO4 3-起反应的其他离子等。在pH＝9时，磷酸铵镁溶解度最低，氨氮去除率最高。通常通过增大磷镁药剂用量可有效的提高氨氮去除效果。但增加磷和镁，尤其磷的药剂用量，将增大废水处理成本及残余磷含量，其余磷还需再次处理。
尽管磷酸铵镁沉淀处理高浓度氨氮废水可获得较高氨氮去除效果，在技术上是可行的，但由于镁和磷试剂成本高，其经济上是不可行的。例如，对氨氮浓度为2240mg/L的垃圾渗滤液采用磷酸铵镁沉淀处理其单位氨氮处理成本为35元/kg NH4-N，而若采用氨吹脱处理其单位氨氮处理成本仅为5元/kg NH4-N。因此，为提高磷酸铵镁沉淀法处理氨氮的实际应用的可行性，它的处理成本必须得到降低。然而，为使处理成本得到降低，最主要的是降低磷和镁试剂的用量，其方法之一可通过提高氨氮去除效果，以降低处理单位氨氮的试剂消耗量。在磷酸铵镁反应过程中加入事先生成的磷酸铵镁作为晶种是目前不通过增加试剂用量即可有效的提高氨氮去除效果的一种方法，如韩国Daekeun Kim等采用预先生成的磷酸铵镁作为晶种对垃圾渗滤液进行处理，其实验结果表明在pH＝9，其他条件相同的情况下，磷酸铵镁晶种加入量从0提高到40g/L，氨氮去除率则从88％增大到98％，但该方法仍然存在一些不足：
(1)所需的晶种需事先产生，这使操作变得繁琐。
(2)由于在反应过程中加入大量的磷酸铵镁晶体，这使得反应过程中所需搅拌能量增加。
(3)反应后新生成的磷酸铵镁和加入的磷酸铵镁晶体使得最终沉淀物量大，固体处理量大，而这些最终都将增加处理成本。
发明内容
本发明的目的是为能有效的提高磷酸铵镁沉淀法去除氨氮的效果，以降低单位氨氮处理费用，并克服采用加入预先生成的磷酸铵镁晶体作为晶种来提高磷酸铵镁沉淀去除氨氮效果的方法的不足。
本发明方法提供一种不需增大磷和镁试剂用量及操作难度即可显著的提高磷酸铵镁沉淀去除氨氮效果的方法，其特征在于通过以下几种处理方法之一实现：
a.在含氨氮废水中按所Mg2+∶NH4 +∶PO4 3-＝1～1.5∶1∶0.8～1.5比例首先加入反应全部所需的磷酸盐，待磷酸盐完全溶解后，在一定的反应时间内(30～120分钟)分多次或连续的逐渐加入所需的全部镁盐，反应过程中溶液pH始终保持在8～10.5范围内。
b.在含氨氮废水中按所Mg2+∶NH4 +∶PO4 3-＝1～1.5∶1∶0.8～1.5比例首先加入反应全部所需镁盐，待镁盐完全溶解后，在一定的反应时间内(30～120分钟)分多次或连续的逐渐加入所需的全部磷酸盐，反应过程中溶液pH始终保持在8～10.5范围内。
c.在含氨氮废水中按所Mg2+∶NH4 +∶PO4 3-＝1～1.5∶1∶0.8～1.5比例在一定的反应时间内(30～120分钟)分多次或连续的逐渐同时加入全部所需的镁盐和磷酸盐，反应过程中溶液pH始终保持在8～10.5范围内。
本发明方法中以优选a方法处理氨氮为最佳。
本发明方法中所加入的镁盐可为氯化镁、硫酸镁或两者的混合物，磷酸盐为磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸中的一种或几种的混合物。
本发明方法中镁盐和磷酸盐的多次或连续的逐渐加入可采用人工加入也可采用加药泵连续加入。
本发明方法的原理是：通常晶体形成首先经晶胚发展为晶核，然后再发生晶核上的晶体生长。若溶液中没有晶核的存在，那么磷酸铵镁沉淀将不会发生。在磷酸铵镁结晶过程中，晶种(晶核)的存在和使用对磷酸铵镁的生长将具有积极的影响。使得磷酸铵镁晶体的成核时间进一步缩短，促进磷酸铵镁在结晶期间的快速增长。基于此，利用在反应过程中前一时间段先生成的磷酸铵镁作为后续反应的晶种，以实现在不增加操作难度和处理成本的条件下通过连续逐渐加入反应试剂而提高氨氮去除效果的目的。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1.本发明方法操作简单，不需增加磷和镁盐药剂用量即可显著提高氨氮去除效果，且随着逐渐加入的次数的增大其氨氮去除效果随之增大，在增大氨氮去除效果的同时而不增加任何处理费用。
2.本发明方法不需加入事先形成的磷酸铵镁作为晶种，简化了操作过程，不增加搅拌能量，不增加后续沉淀物处理量。
3.本发明方法不仅可用于各类氨氮废水也可用于含磷或同时含氨氮和磷的废水处理。
具体实施方式
为能更好地理解本发明方法，下面结合实施例进一步阐明本发明方法的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例中采用的废水分别为皂化废水和合成的模拟废水，其中皂化废水水质：pH＝6.2，[NH4 +-N]＝4100mg/L，[Al3+]＝21mg/L，[Mn2+]＝1.4mg/L，[Pb2+]＝0.2mg/L，[Zn2+]＝7.1mg/L，[Cu2+]＝2.6mg/L，[TOC]＝378mg/L；模拟废水由分析纯十二水磷酸氢二钠与去离子水配制而成，其磷浓度为2100mg/L。
实施例1：
在9个2L烧杯中分别都加入1L氨氮浓度为4100mg/L的皂化废水，按Mg2+∶NH4 +∶PO4 3-＝1∶1∶1先都加入全部所需的磷酸盐，该磷酸盐为磷酸氢二钠，待磷酸盐完全溶解后，在30分钟内分别按分1、2、3、4、5、6、7、8、9等次数平均加入全部所需的镁盐，该镁盐为氯化镁，反应过程中溶液pH始终保持在9，反应结束后其氨氮去除率见表1。30分钟内平均分9次加入全部镁盐相对一次性加入全部镁盐其氨氮去除率可显著提高9.5％，不增加磷镁试剂用量和操作难度。
表1分多次平均加入镁盐的氨氮去除效果
| 加入次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 去除率(％) | 84 | 86 | 88.2 | 89.4 | 90 | 91.1 | 91.8 | 92.7 | 93.5 |
实施例2：
在9个2L烧杯中分别都加入1L氨氮浓度为4100mg/L的皂化废水，按Mg2+∶NH4 +∶PO4 3-＝1∶1∶1先都加入全部所需的镁盐，该镁盐为硫酸镁，待镁盐完全溶解后，在30分钟内分别按分1、2、3、4、5、6、7、8、9等次数平均加入全部所需的磷酸盐，该磷酸盐为磷酸氢二钠，反应过程中溶液pH始终保持在9，反应结束后其氨氮去除率见表2。30分钟内平均分9次加入全部磷酸盐相对一次性加入全部磷酸盐其氨氮去除率可提高2.1％。
表2分多次平均加入磷酸盐的氨氮去除效果
| 加入次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 去除率(％) | 87 | 88 | 89.5 | 89.4 | 89.2 | 89.3 | 89.1 | 89.2 | 89.1 |
实施例3：
在9个2L烧杯中分别都加入1L氨氮浓度为4100mg/L的皂化废水，按Mg2+∶NH4 +∶PO4 3-＝1∶1∶1，在30分钟内分别按分1、2、3、4、5、6、7、8、9等次数平均同时加入全部所需的磷酸盐和镁盐，该磷酸盐为磷酸氢二钠，镁盐为氯化镁，反应过程中溶液pH始终保持在9，反应结束后其氨氮去除率见表3。30分钟内平均分9次同时加入全部所需的磷酸盐和镁盐相对一次性同时加入全部磷酸盐和镁盐其氨氮去除率可提高7％。
表3分多次平均同时加入磷酸盐和镁盐的氨氮去除效果
| 加入次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 去除率(％) | 84.3 | 85.8 | 87.5 | 89 | 89.5 | 90.4 | 90.8 | 91 | 91.3 |
实施例4：
在9个2L烧杯中分别都加入1L磷浓度为2100mg/L的模拟废水，按Mg2+∶NH4 +∶PO4 3-＝1∶1∶1先都加入全部所需的铵盐，该铵盐为氯化铵，然后在30分钟内分别按分1、2、3、4、5、6、7、8、9等次数平均加入全部所需的镁盐，该镁盐为氯化镁，反应过程中溶液pH始终保持在9，反应结束后其磷去除率见表4。30分钟内平均分9次加入全部所需的镁盐相对一次性加入全部镁盐，其磷去除率可提高7.1％，不增加磷镁试剂用量和操作难度。
表4分多次平均加入镁盐的磷去除效果
| 加入次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 去除率(％) | 92 | 93 | 93.5 | 94.3 | 95 | 95.8 | 96.8 | 98.3 | 99.1 |
Claims (3)
1.一种可提高磷酸铵镁沉淀去除氨氮和磷的效果的方法，其特征在于通过以下几种处理方法之一实现：
a.在含氨氮废水中按所Mg2+∶NH4 +∶PO4 3-＝1～1.5∶1∶0.8～1.5比例首先加入反应全部所需的磷酸盐，待磷酸盐完全溶解后，在一定的反应时间内(30～120分钟)分多次或连续的逐渐加入所需的全部镁盐，反应过程中溶液pH始终保持在8～10.5范围内。
b.在含氨氮废水中按所Mg2+∶NH4 +∶PO4 3-＝1～1.5∶1∶0.8～1.5比例首先加入反应全部所需镁盐，待镁盐完全溶解后，在一定的反应时间内(30～120分钟)分多次或连续的逐渐加入所需的全部磷酸盐，反应过程中溶液pH始终保持在8～10.5范围内。
c.在含氨氮废水中按所Mg2+∶NH4 +∶PO4 3-＝1～1.5∶1∶0.8～1.5比例在一定的反应时间内(30～120分钟)分多次或连续的逐渐同时加入全部所需的镁盐和磷酸盐，反应过程中溶液pH始终保持在8～10.5范围内。
2.根据权利要求1所述的一种可提高磷酸铵镁沉淀去除氨氮和磷的效果的方法，其特征在于所述的a、b、c三种不同的方法中以a方法为最佳选择。
3.根据权利要求1所述的一种可提高磷酸铵镁沉淀去除氨氮和磷的效果的方法，其特征在于：本发明方法不只局限于处理各种氨氮废水，也可用于处理各种含磷废水或各种同时含氨氮和磷的废水。
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