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给排水工程师
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精品工业废水处理方案? 磷酸铵镁除磷脱氮技术        目前,生物脱氮除磷常采用a2o工艺,但其流程长且成本高,对进水氨氮浓度变化的适应性及抗负荷冲击的能力较差。本文介绍一种化学沉淀法,即map(magnesium ammonium phosphate)脱氮除磷法。 1 map除磷脱氮的基本原理   向含nh4+和po43-的废水中添加镁盐,发生的主要化学反应如下:   mg2++hpo42-+nh4++6h2o→mgnh4po4•6h2o↓+h+ (1)   mg2++po43-+nh4++6h2o→mgnh4po4•6h2o↓   (2)   mg2++h2po4-+nh4++6h2o→mgnh4po4•6h2o↓+2h+(3)   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;它的溶度积为2.5×10-13。因为它的养分比其它可溶肥的释放速率慢,可以作缓释肥(srfs);肥效利用率高,施肥次数少;同时不会出现化肥灼烧的情况。 2 map除磷脱氮的影响因素和沉淀物组成分析   2.1 mg2+,nh4+,po43-三者在反应过程中的比例   在处理氨氮废水方面,将h3po4加入到含有mgo的固体粉末中制成一种乳状液,对2.47×10-3mol/l氨氮废水进行处理,得出h3po4与mgo的物质的量之比大于1.5时,氨氮去除率最高(90%以上),当进水氨氮质量浓度为42mg/l,在最佳条件下,氨氮质量浓度可降到0.5mg/l以下[1]。赵庆良[2]等人对5618mg/l氨氮的垃圾渗滤液进行处理,按n(mg2+) nh4+):n(po43-)=1:1:1投加氯化镁和磷酸氢二钠,废水中氨氮质量浓度降为172mg/l,过量投加10%的镁盐或磷酸盐,氨氮质量浓度可分别降为112mg/l和158mg/l,继续提高镁盐或磷酸盐的量,废水中剩余氨氮质量浓度处在100mg/l左右,很难进一步降低。笔者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+) nh4+):n(po43-)=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高(1231mg/l)的废水用此方法处理,氨氮质量浓度可降到112mg/l。   在除磷方面,国外有人证明,晶体纯度与初始氨氮质量浓度有关,最佳比例n(mg2+) nh4+):n(po43-)=1:1.6:1,磷、镁去除率达95%以上[3]。katsuura[4]认为n(mg):n(p)为1.3:1时,除磷效果最好。   2.2 反应的ph值   map溶于酸不溶于碱,笔者对模拟氨氮废水进行重复验证,证明废水在ph值为7.0以上,才会出现小颗粒沉淀物,当用naoh将ph值调至8.0以上时,会出现大量沉淀。ph值在7.0~10.5之间,主要的反应过程如式(1),(2),(3),当ph值上升到10.5~12之间,固定氨会从mgnh4po4中游离出来,生成更难溶的mg3(po4)2(ksp=9.8×10-25)。   笔者在对无杂质氨氮废水与含杂质氨氮废水进行比较,发现前者ph值必须达到7.0以上,才会生成沉淀,而后者在ph值为6.3左右时,水中不断出现白色沉淀物,表明氨氮废水有比较大的悬浮颗粒时,沉淀物map可提前生成。   国内外的研究人员对map除磷脱氮最佳ph值进行了研究,结果见表1。 表1 不同废水map除磷脱氮的最佳ph值 废水类型 垃圾渗滤液 厌氧污泥上清液 城市污水 氮肥厂 制革废水 最佳ph值 8.5~9.0 9.0~9.5 9~10 9.5 9.0   从表1可以看出,生成map沉淀的最佳ph值范围8~10,由于废水水质不同,造成最佳ph值范围有一定的差别。   反应ph值的调节一般采用以下方法:   ①投加naoh   一般人们常用naoh来调ph值,此方法操作过程简便,但需要耐腐蚀罐装naoh溶液。   ②投加mg(oh)2   氢氧化镁具有缓冲能力,ph值最高不超过9.5,即使氢氧化镁过量也不会严重影响沉淀效果,而且氢氧化镁无毒、无腐蚀,无须专门防腐设备。不足之处,ph值与投加n(mg):n(p)的比例不能互相独立控制。   ③脱气法   对厌氧消化污泥上清液生物厌氧反应产生的高浓度co2,可用脱气法将co2吹出[3]以提高ph值。battisioni[6]用连续通气方法,将上清液中的co2从35%~40%降到0.035%,ph值也从7.9上升到8.3~8.6。不过这种方法只能局限于厌氧消化上清液这类含高浓度co2的废水。   2.3 反应时间与晶种   zdybiewska[7]对氮肥厂废水进行实验,发现当反应时间为25min时,氨氮去除率最高(80%)。同时反应时间也是形成map晶粒大小的因素之一。straful在实验中发现反应时间1min时,晶粒长度只有0.1mm,当反应时间为60min时,晶粒长度达0.8mm,3h后晶粒可达3mm,虽然氮磷去除率变化不大,但是晶粒越大,沉淀效果越好。battisioni在中试试验中,将0.21~0.35mm的石英砂填到φ58mm×0.42m的流化床,为map提供晶种,除磷效率为80%。 3 沉淀物组成分析   表2是处理社区废水得到的沉淀物[8],可以看出沉淀物中营养元素含量比较高,镁和磷元素均高于理论值,这是因为沉淀物中还有ca5(po4)3oh,mg(oh)2,mg3(po4)2等物质。表2还可以看出codcr的含量比较小,说明沉淀物map很少吸收有机物。 表2 某生活污水生成的map的组成 % 组分 ω(mgo) ω(p2o5) ω(n) ω(ca) ω(k) ω(codcr) 理论值 16.4 28.5 5.7       实测值 18.1 30.6 4.9 1.6 0.3 0.2   澳大利亚elisabeth[5]用这种方法回收厌氧消化污泥上清液中的磷,生成的map淤泥干燥快,最终产物呈白色细粉末(见表3)。 表3 厌氧污泥生成的map的组成 % 组分 ω(mg) ω(p) ω(n) ω(h2o) 理论值 9.9 12.6 5.7 44 实测值 9.1 12.4 5.1 39   对厌氧消化上清液生成的map中的重金属的分析结果见表4,由表4可以看出沉淀物map几乎不吸收重金属。用于农家化肥,不会对庄稼产生危害。   周娟贞[9]对某催化剂厂提供的转鼓滤液(氨氮质量浓度为7472mg/l)用map沉淀法处理,对map沉淀物分析表明,mg的质量分数(以mgo计)为18.18%,磷的质量分数(以p2o5计)为28%左右,氮的质量分数(以n计)为4.5%。 表4 map中的重金属污染物成分分析 mg/kg 组分 不同map试样的分析结果 1 2 3 4 ω(cd) <4 5.5 <4 <4 ω(pb) <5 <5 6.9 5.2 ω(hg) 0.2 <0.1 <0.1 <0.1 4 map处理成本分析   沉淀map需要镁盐和磷酸盐,沉淀1kg氨氮需要1.90kg镁和2.0kg磷以及少量naoh,如果采用map沉淀法将社区废水中的氨氮从55mg/l处理到20mg/l,总运行费用与硝化反硝化法相当。如果沉淀产物map作为肥料出售,就可进一步降低成本。 5 存在的困难和发展前景   尽管有很多文章报道用此方法对不同废水所做的研究,并对沉淀物组分进行了分析,表明沉淀物的纯度接近map的理论值,而且几乎不吸收重金属,但在实际应用上仍有许多问题需要进一步解决:   ①研究显示,当n(po43-)/n(nh4+)<1时,可以大幅度提高除磷效率,当n(po43-)/n(nh4+)>1时,氨氮去除率较高,如何确定两者最佳比例可以最大限度除磷脱氮,是今后研究的重点;   ②寻找更好的反应条件和反应药剂,提高map除磷脱氮的效率,使出水nh4+和po43-降到排放标准以下;   ③有机物以及其它杂质对map除磷脱氮过程的影响机理尚不清楚;   ④map除磷脱氮的经济效益主要取决于沉淀设备的投资和运行费用,当产物在市场上转化为产品,取得一定利润时,该工艺才能推广应用。   由于此方法用药剂量大,运行费用高,为了降低费用,可用卤水代替镁盐。由于传统除磷脱氮工艺造成氨的浪费,尤其是磷的流失,而目前,磷矿储存量不够人们开采100a,所以我们要积极利用map除磷脱氮方法来达到n,p元素的回收利用。查看更多
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简介
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学校:淄博职业学院 - 化学工程系
地区:贵州省
个人简介:若有一个人保护,是不是就能不自我保护?我不懂。查看更多
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