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電廠高濃度氨氮廢水處理MAP法

       某電廠煙氣脫硫裝置產(chǎn)生高濃度氨氮廢水，其氨氮含量高達(dá)3000mg/L以上，在排放前需要對廢水進(jìn)行脫氮處理。常用的脫氮方法有很多，但都各有優(yōu)點和不足，國內(nèi)處理高濃度氨氮廢水主要選擇的是生化法和氨吹脫法(空氣吹脫和蒸汽汽提)，而國外多采用MAP化學(xué)沉淀法來去除氨氮。MAP法在處理低濃度氨氮廢水運行費用過高常被棄用，但在處理高濃度氨氮廢水時其優(yōu)勢明顯，因操作簡便、影響因素少、脫氮效果好而被廣泛應(yīng)用到高濃度氨氮廢水處理中，脫氮除磷后生成的磷酸銨鎂又可用作緩釋性復(fù)合肥料、化學(xué)原料，飼料添加劑以及醫(yī)藥建材等行業(yè)，具有較為廣闊的應(yīng)用前景，創(chuàng)造更高經(jīng)濟(jì)利用價值。本文利用此法在實驗室對高濃度氨氮廢水進(jìn)行實驗，為工業(yè)生產(chǎn)摸索最佳的反應(yīng)條件。

       1、實驗部分

       1．1 原理

       MAP法是一種處理高氨氮廢水的化學(xué)方法，其基本原理是向含有氨氮的廢水中添加磷酸鹽和鎂鹽，反應(yīng)生成磷酸銨鎂(MgNH4PO4)。

       MgNH4PO4在水中的溶解度很低，Ksp=2．5×10－13(25℃)。向高氨氮廢水中投加磷源和鎂源，可以生成MgNH4PO4沉淀，從而達(dá)到去除氨氮的目的，見式(1)：

       1．2 儀器和主要試劑

       1．2．1 儀器

       SEVENMULTI數(shù)顯酸度計、磁力攪拌器。

       1．2．2 試劑的選擇

       實驗選擇MgCl2•6H2O(分子量：203.3)作鎂源，選擇Na2HPO4(分子量：142.0)作磷源。MAP法常采用的鎂源包括MgCl2、MgO、Mg(OH)2，其中以MgCl2的處理效果最好，因為MgCl2在水中的溶解度很大，可以與氨氮、磷源快速反應(yīng)，具有反應(yīng)速率快、利用率高的優(yōu)點；MgO、Mg(OH)2處理效果相對較差，因為二者在水中的溶解度較低，不能充分溶解于廢水中，并且沒有溶解的鎂源又會被生成的MgNH4PO4沉淀包裹，阻礙了鎂源繼續(xù)溶解。

       MAP法處理高氨氮廢水常選用的磷源包括Na2HPO4和NaH2PO4、H3PO4。這3種磷源的關(guān)鍵區(qū)別在于投加相同物質(zhì)的量的3種磷源到氨氮廢水后，對廢水pH的影響不同。Na2HPO4和NaH2PO4、H3PO4的酸性逐漸增強(qiáng)，所以研究者一般本著調(diào)節(jié)pH所需投加酸堿成本的目的挑選適合的磷源。因?qū)嶒瀼U水的pH較低，則選擇酸性最低的Na2HPO4作為本次實驗磷源。

       2、結(jié)果與討論

       2．1 反應(yīng)時間

       MAP法反應(yīng)時間主要取決于MAP晶體的成核速率和成長速率，因此，MAP法處理氨氮廢水選擇適宜的攪拌速度和控制適當(dāng)反應(yīng)時間可以有效提升藥劑效率。有資料表明，剩余氨氮濃度隨反應(yīng)時間與氨氮去除率成正比，反應(yīng)時間越長，剩余濃度越低，但較長的時間會增加處理的費用，實驗應(yīng)將時間控制在合理的范圍內(nèi)。通過反復(fù)實驗觀察，攪拌反應(yīng)10min，靜置10min，可獲得較穩(wěn)定的沉淀量。

       2．2 pH值

       多次實驗發(fā)現(xiàn)pH對處理高氨氮廢水效果影響很大。當(dāng)pH＞10時，廢水中的氨氮會大部分轉(zhuǎn)化為NH3，在攪拌條件下直接揮發(fā)到空氣中。較低的pH有利于氨氮的存在，但在實驗中出現(xiàn)pH過低的酸性溶液中產(chǎn)生的沉淀顆粒細(xì)膩且量較少，造成沉淀時間較長。分析原因是MgNH4PO4的溶解度隨pH降低而增大，較低的pH值會導(dǎo)致生成的MgNH4PO4溶解在廢水中，無法形成沉淀。通過用10%的NaOH溶液調(diào)整不同的pH值，發(fā)現(xiàn)pH在9．0～9．5時，反應(yīng)沒有出現(xiàn)NH3的揮發(fā)，同時形成的MgNH4PO4沉淀顆粒較大，攪拌停止2min后，溶液就有明顯的分層現(xiàn)象。

       2．3 反應(yīng)物配比

       反應(yīng)物投加的摩爾配比n(NH4+)∶n(Mg2+)∶n(PO43－)理論應(yīng)為1∶1∶1。但是由于實際反應(yīng)過程中常伴隨著副反應(yīng)的發(fā)生，如生成Mg(OH)2和Mg3(PO4)2沉淀；同時根據(jù)同離子效應(yīng)，增大Mg2+、PO43+配比會促進(jìn)反應(yīng)，提升氨氮的去除率和去除速率。根據(jù)上述原因及查詢相關(guān)資料，本實驗共選用了4種不同的配比進(jìn)行實驗，實驗廢水體積為100ml，廢水氨氮含量檢測計算為0．224mol/L，實驗結(jié)果見表1。

       通過實驗對比表明，實驗2中n(NH4+)∶n(Mg2+)∶n(PO43－)為1∶1．3∶1．2氨氮去除率最高。

       2．4 實驗中存在的問題

       2．4．1 直接添加固體反應(yīng)物，會造成沉淀反應(yīng)不完全。

       Na2HPO4溶解度大，但溶解速度較為緩慢，固體粉末直接添加到水中，中高速攪拌也需3～4min后才能溶解，選用直接加Na2HPO4和MgCl2固體試劑到氨氮廢水中，溶液一直處在渾濁狀態(tài)，無法判斷生成物的起始時間，且反應(yīng)后除了粉末狀沉淀外，還有結(jié)塊的晶體存在，判斷結(jié)塊的晶體是未能完全溶解的Na2HPO4晶體，通過分析發(fā)現(xiàn)2種固體反應(yīng)物同時添加到水中，MgCl2溶解較快，但Na2HPO4只有部分溶解，沒有溶解的Na2HPO4會被生成的MgNH4PO4沉淀包裹，阻礙了繼續(xù)溶解。經(jīng)過多次反復(fù)實驗得出先將2種反應(yīng)物分別用廢水溶解后再混合，沉淀反應(yīng)能夠進(jìn)行完全。

       2．4．2 檢測數(shù)據(jù)的時效性和準(zhǔn)確性，是保證氨氮去除率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

       本次實驗預(yù)估的的氨氮去除率應(yīng)達(dá)到95%以上，但實驗最好的一組也只達(dá)到了94.4%，通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)實驗中反應(yīng)物的添加量是通過幾天前檢測的氨氮數(shù)據(jù)精確計算的，實驗后檢測原液的氨氮含量數(shù)據(jù)與前者不一致，反應(yīng)物的添加量計算偏差較大，會影響反應(yīng)結(jié)果。準(zhǔn)確獲得廢水中的氨氮值，可提高廢水氨氮去除率。

       3、結(jié)論

       通過實驗可以看出，MAP法在電廠廢水處理中具有反應(yīng)速度快、沉淀穩(wěn)定完全、脫氮效率高，產(chǎn)物可回收利用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益等優(yōu)點。在pH為9．0～9．5的條件下，選用Na2HPO4和MgCl2作為磷源和鎂源，其摩爾比n(NH4+)∶n(Mg2+)∶n(PO43－)為1∶1.3∶1.2進(jìn)行MAP反應(yīng)，反應(yīng)20min，廢水氨氮的去除率可達(dá)到94%以上。但是，經(jīng)MAP法處理后的廢水中的氨氮殘留濃度仍較高，未達(dá)到直接排放要求。建議對于電廠的高濃度氨氮廢水，MAP可作為高氨氮廢水的預(yù)處理工藝加以推廣應(yīng)用。

文章來源：中國石油烏魯木齊石化分公司研究院

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