CN104016467B - 一种磷酸铵镁分解及其产物循环沉氨方法 - Google Patents

Abstract

一种磷酸铵镁分解及其产物循环沉氨方法，其主要是将收集的磷酸铵镁固体加入到水溶液中，然后按有效氯比氮(Cl/N)为7.6～11:1加入含氯氧化剂，调节溶液pH在5～7范围内反应5～20min，然后将反应后溶液pH调节在4以下，回用于氨氮废水处理；在回用过程中，Mg:P:N摩尔比控制在1～1.1:1～1.1:1范围，废水pH调节在8.5～9.5范围，反应时间控制在10～30min。本发明磷酸铵镁分解反应迅速，无氨氮二次污染问题，而且工艺方法简单，投资少，磷酸铵镁分解产物回用去除氨氮效率高。

Description

一种磷酸铵镁分解及其产物循环沉氨方法

技术领域

本发明属于废水治理领域，特别涉及一种磷酸铵镁分解及其产物循环沉氨方法。

背景技术

氨氮(NH₃-N)是引起水体富营养化的物质之一，也是水体环境重点控制的污染物。水体中氨氮主要来自工业生产和城市生活污水的排放，遏制氨氮污染趋势加剧最为直接有效的方式之一是确保企业达标排放。磷酸铵镁(MAP)沉淀由于具有脱氨效率高、反应迅速、固液分离性能好、操作简便等特点，其反应方程式如下：

Mg²⁺+NH₄ ⁺+HPO₄ ^3–+6H₂O→MgNH₄PO₄·6H₂O↓+H⁺(1)

然而由于许多氨氮废水中往往缺乏可供沉淀的Mg²⁺和PO₄ ^3–，在磷酸铵镁沉淀处理过程中需加入大量磷和镁盐，使得废水处理成本高，经济性差，严重制约了该方法在氨氮废水治理领域的应用。目前，解决磷酸铵镁沉淀这一应用瓶颈问题主要通过使用廉价镁源和循环利用磷酸铵镁两种途径。其中，磷酸铵镁循环利用由于可大幅降低氨氮处理成本而受到研究者广泛关注。当前，磷酸铵镁循环利用采用的传统方法主要有高温直接热解和氢氧化钠分解两种。高温直接热解，其基本原理反应方程式如下：

MgNH₄PO₄·6H₂O(s)→MgHPO₄(s)+NH₃(g)+6H₂O(g)(2)

在高温条件下，磷酸铵镁受热分解释放出氨气而形成MgHPO₄。该分解方法操作较为简单，不需外加任何试剂，具有较好的经济性，但MgHPO₄的产生受热解温度、时间等因素影响较大。研究表明：磷酸铵镁在温度100–800℃范围内分解，随温度的上升，主要产物的形成顺序依次为：MgNH₄PO₄·6H₂O→MgNH₄PO₄·H₂O→MgHPO₄→Mg₂P₂O₇。温度在227℃左右，其主要分解产物为MgHPO₄，同时也存在部分因MgHPO₄脱水而形成的Mg₂P₂O₇，此外可能还存在Mg₃(PO₄)₂，而Mg₃(PO₄)₂和Mg₂P₂O₇对氨氮去除基本无效。

氢氧化钠分解，其基本反应原理如下方程式：

MgNH₄PO₄·6H₂O(s)+NaOH(s)→MgNaPO₄(s)+NH₃(g)+7H₂O(g)(3)

氢氧化钠分解相对高温直接热解，产物有效成分大幅提高，是实现磷酸铵镁循环利用最为重要的方法。然而，该方法与高温直接热解也存在相同的副产物困扰问题，只是其副产物含量相对高温直接热解要较少，但随着循环利用次数的增加，分解产物中的无效成分Mg₃(PO₄)₂、Mg₂P₂O₇等逐渐增加，使得氨氮去除率随着循环次数的增加而逐渐下降，最终导致热解产物失效。

综上，现有磷酸铵镁循环利用分解方法存在的主要问题是：在分解磷酸铵镁过程中，容易产生大量Mg₃(PO₄)₂、Mg₂P₂O₇等无效成分，且随着循环利用次数的增加，这类副产物逐渐积累，导致分解产物的氨氮去除效率降低，限制了磷酸铵镁循环利用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种磷酸铵镁分解及其产物循环沉氨方法，使磷酸铵镁能高效循环利用，降低废水治理成本。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

将收集的磷酸铵镁固体加入到水溶液中，然后按有效氯比氮(Cl/N)为7.6～11:1加入含氯氧化剂，调节溶液pH在5～7范围内，反应5～20min，然后将反应后溶液pH调节在4以下，回用于氨氮废水处理；在回用过程中，Mg:P:N摩尔比控制在1～1.1:1～1.1:1范围，废水pH调节在8.5～9.5范围，反应时间控制在10～30min。

所述的水溶液为清洁的自来水或地表水，用量为任意量。

所述的含氯氧化剂为次氯酸钠。

本发明中所采用的原理：当按Cl/N＝7.6～11:1往磷酸铵镁水溶液中加入次氯酸钠后，调节pH在5～7范围内，磷酸铵镁中氨氮即可与次氯酸发生氧化反应而使得氨氮脱除，磷酸铵镁最后转化为磷酸氢镁、磷酸镁及溶解态的磷酸根和镁离子，而后调节分解产物溶液pH主要使产物中的磷酸镁转变为溶解态的磷酸根和镁离子以增加其再利用效果，最后产物再利用过程中是按方程式(1)及以下反应式进行：

MgHPO₄+NH₄ ⁺+6H₂O＝MgNH₄PO₄·6H₂O↓+H⁺(4)

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、反应迅速。折点氯化中的活性氯具有强氧化性，可迅速将磷酸铵镁中的铵氧化成氮气，而形成可循环利用的活性镁和磷；

2、无氨氮二次污染问题。统磷酸铵镁的循环利用，不会对空气和水体造成二次污染，减少了操作难度和处理成本。

3、工艺方法简单，投资少，磷酸铵镁分解产物回用去除氨氮效率高。

具体实施方式

实施例1

称取246g磷酸铵镁加入到1L自来水中，然后按Cl/N＝8.5:1加入次氯酸钠，调节溶液pH＝6反应10min，反应后产物溶液pH调节为3，最后将调节pH后的产物溶液，按Mg:P:N＝1:1:1回用处理垃圾渗滤液，回用过程中反应溶液pH调整为9，反应20min，沉淀30min,最后取上清液测定氨氮浓度，结果显示氨氮去除率达97％。

实施例2

称取492g磷酸铵镁加入到1.5L自来水中，然后按Cl/N＝9:1加入次氯酸钠，调节溶液pH＝6反应5min，反应后产物溶液pH调节为3，最后将调节pH后的产物溶液，按Mg:P:N＝1:1:1回用处理焦化废水，回用过程中反应溶液pH调整为9.5，反应30min，沉淀30min,最后取上清液测定氨氮浓度，结果显示氨氮去除率达96％。

实施例3

称取500g磷酸铵镁加入到1.5L自来水中，然后按Cl/N＝11:1加入次氯酸钠，调节溶液pH＝6反应20min，反应后产物溶液pH调节为3，最后将调节pH后的产物溶液，按Mg:P:N＝1:1:1回用处理焦化废水，回用过程中反应溶液pH调整为8.5，反应10min，沉淀30min,最后取上清液测定氨氮浓度，结果显示氨氮去除率达95％。

Claims (2)

1.一种磷酸铵镁分解及其产物循环沉氨方法，其特征在于：将收集的磷酸铵镁固体加入到水溶液中，然后按有效氯比氮为7.6～11:1加入含氯氧化剂，调节溶液pH在5～7范围内，反应5～20min，然后将反应后溶液pH调节在4以下，回用于氨氮废水处理；在回用过程中，Mg:P:N摩尔比控制在1～1.1:1～1.1:1范围，废水pH调节在8.5～9.5范围，反应时间控制在10～30min。

2.根据权利要求1所述的磷酸铵镁分解及其产物循环沉氨方法，其特征在于：将收集的磷酸铵镁固体加入到自来水中，每1L自来水中加入246g、328g或330g磷酸铵镁固体。