以廢磷酸為磷源的MAP法去除污泥壓濾液中的氨氮

鐘志成，王德漢，鄧加曦

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，廣州　510642；2.惠州瑞濤環(huán)?？萍加邢薰?，廣東　惠州　516000）

以廢磷酸為磷源的MAP法去除污泥壓濾液中的氨氮

鐘志成1，王德漢1，鄧加曦2

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，廣州510642；2.惠州瑞濤環(huán)?？萍加邢薰?，廣東惠州516000）

利用廢磷酸作為MAP法的磷源處理污泥壓濾液厭氧出水中的NH3-N，考察了反應(yīng)時間、攪拌方式、pH值、氮磷鎂物質(zhì)的量之比、初始NH3-N濃度對NH3-N去除效果和殘余PO43-濃度的影響，并確定了最佳反應(yīng)條件。試驗結(jié)果表明，當(dāng)原水NH3-N的質(zhì)量濃度為700.42 mg/L，PO43-的質(zhì)量濃度為0.33 mg/L時，常溫下，最佳反應(yīng)條件為pH值為9，n（NH4+）∶n（PO43-）∶n（Mg2+）=1∶1∶1，曝氣攪拌反應(yīng)10 min。此時，NH3-N的去除率可達84.91%，出水NH3-N的質(zhì)量濃度為105.69 mg/L，殘余PO43-的質(zhì)量濃度為6.49 mg/L。以廢磷酸作為沉淀劑磷源的MAP法，具有較好的NH3-N處理效果，可用于高濃度NH3-N廢水的預(yù)處理。

MAP法；污泥壓濾液；NH3-N；廢磷酸

磷酸銨鎂（MAP）化學(xué)沉淀法因具有可同時處理氮、磷的特點，且去除率高，反應(yīng)速度快，收的磷酸銨鎂可作為緩釋化肥進行資源再利用，被廣泛地用于生活污水［1］、工業(yè)廢水［2］和垃圾滲濾液［3］中NH3-N和磷酸鹽的脫除，特別多用于高濃度NH3-N廢水的處理［4］。

MAP化學(xué)沉淀法處理含氮廢水時，需要投加一定量的沉淀劑，沉淀劑價格高，因此需要尋求一種價格低廉的沉淀劑，降低廢水處理成本。本研究以生產(chǎn)磷酸氫鈣時產(chǎn)生的廢磷酸作為磷源，采用MAP化學(xué)沉淀法去除污泥壓濾液厭氧處理后廢水中的NH3-N，考察攪拌方式、反應(yīng)時間、pH值、氮磷鎂物質(zhì)的量之比和初始NH3-N濃度對MAP沉淀法去除NH3-N和殘余PO43-的影響，以期達到以廢治廢的目的。

1　材料與方法

1.1試驗儀器與藥劑

試驗儀器。FE20 pH計，L5紫外可見分光光度計，85-C型恒溫磁力攪拌器，I9100型氣泵，ME2002E型電子天平。

試驗藥劑。廢磷酸，磷的質(zhì)量濃度為28 224.22 mg/L，pH值為0.38；六水氯化鎂，分析純。

1.2廢水水質(zhì)

試驗廢水為污泥壓濾液經(jīng)厭氧處理后的廢水，水樣取自惠州市瑞濤環(huán)?？萍加邢薰荆瑥U水水質(zhì)如表1所示。

1.3試驗方法

取100 mL試驗廢水于燒杯中，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的NaOH溶液調(diào)節(jié)試驗廢水pH值，加入廢磷酸與固體六水氯化鎂，在常溫下，磁力攪拌或曝氣攪拌進行反應(yīng)。靜置30 min，取上清液經(jīng)0.45 μm濾膜過濾，測定濾液中PO43-和NH3-N濃度。采用單因素影響試驗方法，考察反應(yīng)時間、攪拌方式、pH值、氮磷鎂物質(zhì)的量比、初始NH3-N濃度對NH3-N處理效果的影響。

1.4分析方法

磷酸鹽濃度測定采用鉬酸銨分光光度法［5］，NH-N濃度測定采用納氏試劑分光光度法［5］。

2　結(jié)果與討論

2.1反應(yīng)時間和攪拌方式的影響

調(diào)節(jié)廢水的pH值為9，在n（NH4+）∶n（PO43-）∶n（Mg2+）=1∶1:1，反應(yīng)時間分別為10、20、30、40、60 min的條件下，分別以曝氣攪拌（曝氣強度為1.8 L/min）和磁力攪拌（攪拌速度為150 r/min）2種方式進行試驗，結(jié)果如圖1所示。

圖1　不同反應(yīng)時間和攪拌方式對NH3-N去除率和殘余PO43-濃度的影響

由圖1可知，MAP化學(xué)反應(yīng)速度較快，反應(yīng)時間為10 min時，磁力攪拌反應(yīng)的NH3-N去除率達83.13%，PO43-殘留質(zhì)量濃度是7.49 mg/L，曝氣攪拌反應(yīng)的NH3-N去除率達83.14%，PO43-殘留質(zhì)量濃度是6.45 mg/L。繼續(xù)延長反應(yīng)時間，曝氣反應(yīng)的NH3-N濃度與PO43-殘留濃度變化不大，攪拌反應(yīng)的PO43-殘留濃度有略微上升趨勢，可能是由于攪拌反應(yīng)時間過長使MAP沉淀體系受到破壞［6］，使MAP結(jié)晶沉淀性能降低，從而導(dǎo)致上清液可溶性磷濃度增加。曝氣反應(yīng)與攪拌反應(yīng)的NH3-N去除率相差不大，但曝氣反應(yīng)PO43-殘留濃度比攪拌反應(yīng)低。因此，選擇曝氣攪拌方式，反應(yīng)時間取10 min為宜。

2.2pH值的影響

調(diào)節(jié)廢水pH值為8.0、8.5、9.0、9.5、10.0和10.5，在n（PO43-）∶n（Mg2+）∶n（NH4+）=1∶1:1，曝氣攪拌反應(yīng)10 min的條件下?？疾靝H值對廢水中NH3-N去除率和殘余PO43-濃度的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2　pH值對殘余PO43-濃度和NH3-N去除率的影響

由圖2可知，隨著pH值的升高，殘余PO43-濃度先降低后升高，pH值在9時達到最低點，當(dāng)pH值從10.0升至10.5時，殘余PO4濃度急劇升高。pH值在8.0～10.0范圍內(nèi)NH3-N去除率無明顯變化，在pH值為9時達到最高值83.80%，之后有下降趨勢。根據(jù)MAP反應(yīng)原理，pH值升高有利于反應(yīng)向生成MAP方向進行，生成的MAP不斷增多，導(dǎo)致溶液中PO43-和NH3-N的濃度不斷下降，但pH值超過10時，溶液中的NH4+濃度降低，平衡向生成NH3OH方向移動［7］，MAP在強堿溶液中開始發(fā)生分解，導(dǎo)致NH3-N和PO43-濃度上升。因此，當(dāng)反應(yīng)pH值9時，廢水的MAP法處理可達到最佳效果。

2.3磷投加量的影響

調(diào)節(jié)廢水pH值為9，在六水氯化鎂的投加量為1.02g，廢磷酸的投加量分別為4.39、4.94、5.49、6.04、6.59 mL，n（PO43-）∶n（NH4+）∶n（Mg2+）分別為0.8∶1∶1、0.9∶1∶1、1∶1∶1、1.1∶1∶1和1.2∶1∶1的條件下，曝氣反應(yīng)10 min，考察磷、氮物質(zhì)的量之比對殘余PO43-濃度和NH3-N去除率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3　磷、氮物質(zhì)的量之比對殘余PO43-濃度和NH3-N去除率的影響

由圖3可知，殘余PO43-濃度隨著n（PO43-）∶n（NH4+）的升高逐漸升高，當(dāng)n（PO43-）∶n（NH4+）＞1時，升高趨勢更為明顯；NH3-N去除率隨著磷、氮物質(zhì)的量之比的升高而升高，這是由于提高PO43-濃度可以促進MAP反應(yīng)向右進行［8］。增加廢磷酸的投加量雖然可提高NH3-N的去除率，但處理成本增加，殘余PO43-濃度也有所提高，因此，n（PO43-）∶n（NH4+）宜取1∶1。

2.4鎂鹽投加量的影響

調(diào)節(jié)廢水pH值為9，在廢磷酸的投加量為5.49 mL，六水氯化鎂的投加量分別為0.82、0.92、1.02、 1.12、1.22g的條件下，調(diào)節(jié)廢水n（Mg2+）∶n（NH4+）∶n（PO43-）分別為0.8∶1∶1、0.9∶1∶1、1∶1∶1、1.1∶1∶1和1.2∶1∶1，曝氣反應(yīng)10 min?？疾戽V、氮物質(zhì)的量之比對殘余PO43-濃度和NH3-N去除率的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4　鎂、氮物質(zhì)的量之比對殘余PO43-濃度和NH3-N去除率的影響

由圖4可知，隨著Mg2+物質(zhì)的量的增加，PO43-的殘余濃度有所下降，但當(dāng) n（Mg2+）∶n（NH4+）＞1時，PO43-的殘余濃度無明顯變化，n（Mg2+）∶n（NH4+）從0.8∶1升至0.9∶1，NH3-N去除率明顯上升，但繼續(xù)增加，NH3-N去除率無明顯變化，反而有下降趨勢，推測原因可能是反應(yīng)優(yōu)先生成磷酸鎂［9］?？紤]到藥劑的成本和處理效果，n（Mg2+）∶n（NH4+）宜取1∶1。

2.5初始NH3-N濃度的影響

利用蒸餾水與實際廢水配成不同初始NH3-N濃度的廢水，調(diào)節(jié)廢水pH值為9，在n（PO43-）∶n（Mg2+）∶n（NH4+）=1∶1∶1的條件下，曝氣反應(yīng)10 min?？疾斐跏糔H3-N濃度對殘余PO43-濃度和NH-N去除率的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5　初始NH3-N濃度對殘余PO43-濃度和NH3-N去除率的影響

由圖5可知，隨著NH3-N濃度升高，其去除率逐漸上升，殘余PO43-濃度則呈下降的趨勢。在一定的溫度、pH值條件下，溶液的過飽和程度越高，生成沉淀的推動力越大［10］。NH3-N濃度越高，投加的PO43-和Mg2+越多，溶液的過飽和程度越高，因此，NH-N的去除率越高。

3　結(jié)論

（1）利用廢磷酸作為MAP法的磷源處理污泥壓濾液厭氧出水中的NH3-N是可行的，達到了以廢治廢的目的。MAP沉淀法在去除NH3-N的同時引入磷元素，調(diào)節(jié)了廢水碳、氮、磷物質(zhì)的量比，為后續(xù)生物法處理創(chuàng)造了條件。

（2）MAP沉淀法對NH3-N的去除效果受反應(yīng)時間和攪拌方式的影響較小，受pH值和氮、鎂、磷物質(zhì)的量比的影響較大。在常溫下，調(diào)節(jié)廢水pH值為9，n（NH4+）∶n（Mg2+）∶n（PO43-）=1∶1∶1，曝氣攪拌10 min，NH3-N的去除率可達84.91%，出水NH3-N的質(zhì)量濃度為105.69 mg/L，殘余PO43-的質(zhì)量濃度為6.49 mg/L。

（3）實際生產(chǎn)中pH值宜控制在9左右，反應(yīng)時間不宜太長，最好控制在10 min左右，氮、鎂、磷的物質(zhì)的量比控制在1∶1∶1，既可以保持較好的NH3-N去除率，又可保證較低的殘余PO43-濃度。在一定的pH值和氮、鎂、磷物質(zhì)的量比的條件下，廢水NH3-N濃度越高，去除效率就越高。

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Removing NH3-N from sludge pressure filtration liquid by MAP process with waste phosphoric acid as phosphorus source

ZHONG Zhi-cheng1，WANG De-han1，DENG Jia-xi2
（1.College of Resources and Environment，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China；2.Huizhou Ruitao Environmental Protection Technology Co.，Ltd.，Huizhou 516000，China）

Using MAP process with waste phosphoric acid as phosphorus source to treat NH3-N in sludge pressure filtration liquid，the effect of reaction time，stirring mode，pH value，mass ratio of nitrogen，phosphorus and magnesium and initial NH3-N concentration on NH3-N removal and residual PO43-concentration were investigated，and then，the optimal reaction condition was determined.The results of the test showed that，when the mass concentrations of NH3-N and PO43-were 700.42 and 0.33 mg/L respectively，under normal temperature，the optimal reaction condition was:the pH value was 9，n（NH4+）∶n（PO43-）∶n（Mg2+）=1∶1:1，the aeration stirring time was 10 min.Under the above condition，the removal rate of NH3-N reached 84.9%，the mass concentrations of NH3-N and residual PO43-in the effluent water were 105.69 and 6.49 mg/L respectively.It could draw a conclusion that，MAP process with waste phosphoric acid as phosphorus source had a good removing performance on NH3-N and could be used for pretreatment of high concentration NH3-N wastewater.

MAP process；sludge pressure filtration liquid；NH3-N；waste phosphoric acid

X703.1

A

1009-2455（2016）04-0029-04

惠州市科技計劃項目（0031942110709038）

鐘志成（1990-），男，廣東河源人，碩士研究生，主要從事固體廢物利用與資源化方面的研究工作，（電子信箱）289789742@qq.com。

2016-03-28（修回稿）