以磷酸銨鎂回收磷的分析探討

張亞方+田林青+崔亞飛+高巖+彭趙旭

摘要：隨著國家對資源稀缺和水體污染等問題的密切關注，對于水體中磷的回收與去除也成為了一個不可忽視的問題。通過對常見回收方式特點的比較分析，生物法除磷的回收效果不夠穩(wěn)定，外界因素作用會大大影響除磷效率；而通過化學的方法能夠有效控制投加藥劑從而達到高效除磷的效果，其中以磷酸銨鎂回收污水中的磷具有明顯的優(yōu)勢，雖然目前應用實例并不普遍，但其前景應用價值非常大。

關鍵詞：磷回收；磷酸銨鎂；化學法；生物法

前言

磷作為生命形式不可或缺的營養(yǎng)元素，亦是不可再生資源，而現(xiàn)有的污水處理工藝對于磷的去除不但要消耗大量的能源，且只是將磷從水中轉(zhuǎn)移到其它的污染媒介里，而若是以某種方式回收磷，不僅減少了磷排放，并且還實現(xiàn)了資源的回收。

1 常見回收磷的方式

1.1 化學沉淀方法

通過化學反應，在溶液中加入適量化學藥劑與其中的磷酸根反應生成難溶鹽，然后通過絮凝、沉淀、過濾等過程將難溶鹽提取出來。其中應用最多的則是通過結晶的方式來實現(xiàn)化學除磷，按照溶度積原理，則在溶液中構成晶體的離子的活度積大于晶體的溶度積常數(shù)時，會反應生成含磷晶體沉淀。結晶法回收磷可分為羥基磷酸（HAP）回收磷和磷酸磷銨鎂（MAP）回收磷[1]。

1.2 生物法除磷

生物法除磷則是利用聚磷菌的微生物對水體中的磷進行吸收與排放，回收磷分為三個過程：釋放磷、攝取磷、富磷污泥的排放。釋放磷則是除磷菌在厭氧條件下分解聚磷酸鹽并排放出分解的正磷酸鹽；攝取磷則是在除磷菌在好氧狀態(tài)下吸收水體中的磷，一部分磷用來合成ATP，絕大部分磷則合成聚磷酸鹽儲存在除磷菌細胞中；富磷污泥的排放則是由于攝取的磷比釋放的磷多從而使多余剩余含磷污泥排放[2]。

2 不同回收方式的特點比較

由上述分析，常見回收磷的方式主要分為化學法和生物法，通過表1-1對兩種方式的比較，更能夠客觀的反應出生物法與化學法除磷效率的高低。

由表2-2可得出結論：HAP回收磷方比較容易受到各種因素的影響，局限性比較大；而以MAP方式回收磷則一方面解決了投加劑成本偏高的問題，另一方面生成的磷酸銨鎂是一種很好的緩釋肥，在它應用于田地的時候，肥效釋放量非常緩慢，不會造成燒苗，是最具有經(jīng)濟效益的方法。

3 MAP常見的影響因素，工藝參數(shù)等

MAP結晶法生成MAP主要影響因素有：pH、反應物摩爾比、反應時間、反應溫度等。

3.1 pH值

堿性條件下，pH值升高，則磷酸銨鎂的溶解度降低；酸性條件下，PO43-的濃度降低，不利于磷酸銨鎂的生成。由此選擇最適pH值有利于磷酸銨鎂的生成[3]。

3.2 反應物摩爾比

磷酸銨鎂結晶的形成則取決于磷酸根離子、鎂離子、銨根離子的離子活度之積是否達到磷酸銨鎂的溶度積。只有達到磷酸銨鎂的標準溶度積，結晶才會形成。因此通過控制反應物摩爾比來高效率的生成磷酸銨鎂[4]。

3.3 反應時間

生成磷酸銨鎂的反應時間取決于晶體的成核速度和成長速度，而晶體開始成核所需時間稱為誘導時間。通過縮短誘導時間，提高過飽和度，從而實現(xiàn)更高效率的生成磷酸銨鎂晶體[5]。

3.4 其他影響因素

磷酸銨鎂的生成除了受反應物配比、pH、時間的影響，還會受攪拌速度、溫度、廢水中其他離子，磷初始濃度等的影響。只有在相對適宜的情況下，控制反應條件，使得磷酸銨鎂的生成效率達到最高[6]。

4 MAP回收的工程實例

化學法除磷的方式雖然應用普遍，但以磷酸銨鎂回收磷，在國內(nèi)外應用卻是比較少。具體工程實例有天津津南污水廠、荷蘭AmsterdamWest污水廠Watemet、荷蘭Reest&Wieden項目、德國CNP技術。

以天津津南污水廠為例：根據(jù)進出水水質(zhì)特點和要求，天津津南污水處理工藝具有除磷、硝化和反硝化功能的二級生物處理和深度處理。其中磷回收系統(tǒng)完成冷調(diào)試，順利移交了核心控制操作器。而污水處理廠的總體工藝流程包括：一級機械預處理段、二級生物處理段、三級深度處理段和污泥處理段。無論是在技術還是工藝上都實現(xiàn)了高處理要求[7]。

參考文獻

[1]張春陽.結晶法除磷技術的發(fā)展與應用[J].節(jié)能技術，2006，24（1）：63-69.

牛艷紅.污水處理中除磷方法的利弊分析[J].河北工業(yè)科技，2006，23（6）：357-359.

[2]張蕊.MAP和HAP結晶法除磷工藝研究[D].北京：北京市環(huán)境保護科學研究院，2012.

[3]馬靜.基于源控制點的磷酸銨鎂結晶法去除與回收磷研究[D].山東：濟南大學，2012.

[4]鄒雪.利用鳥糞石沉淀法從含磷廢水中回收磷的實驗研究[D].北京：北京交通大學，2007.

[5]陶飛飛.磷酸銨鎂結晶法回收低磷廢水中的磷[D].上海：東華大學，2010.

[6]孫鵬.天津市津南環(huán)興污水處理廠升級改造工程工藝選擇與分析[M].天津：全國排水委員會2015年年會論文集，2015.

[7]方海峰.從廢水中回收磷的主要方法和常見工藝[J].環(huán)境科學與技術，2007，30，（10）：104-107

項目及編號：鄭州大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃領導小組資助項目（2016xjxm165）

基金項目：高等學校重點科研項目（17A560029）

鄭州大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃領導小組資助項目（2016xjxm165）

基金項目：高等學校重點科研項目（17A560029）

通訊作者簡介：彭趙旭（1983-），男，博士，講師，污水脫氮除磷新技術，Email：pengzhaoxu1983@163.com。