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氨氮废水的化学沉淀法处理

返回列表发布人:tianrenhn   发布时间:2018-04-23  14:06:00

摘要:水质指标中氨氮是引起水体富营养化的一种重要污染物。河南工业废水处理本次研究了化学沉淀法对废水中氨氮的处理,并探讨了不同条件下此方法去除氨氮的效果,如PH值、温度,沉淀剂投料比、氨氮浓度等不同条件。

随着经济发展和城市化进程的加快,水资源短缺、水质营养化和水体环境污染问题日益严重,污水处理问题已然成为特点问题。氨氮污水的治理方法有很多。如吹脱法、折点加氯法、生物法和离子交换法。而化学沉淀法的主要原理是[NH+4] 、[PO3-4] 、在碱性水溶液中反应生成的[MgNH4PO4?6H2O]可作肥料,在除去废水中氨氮的同时,实现变废为宝。

一、化学沉淀法得应用于与研究

化学沉淀法的应用及研究:化学沉淀法应用于废水处理,从20世纪六十年代就己经开始。1977年日本KenichiEbata等人在氨氮废水中添加[Mg2+]和[PO3-4] ,通过MAP来去除[NH+4].pH调到8~11。沉淀用一种碱性化合物共热以拥有[NH3], Mg0和磷酸盐。这样,如果将含[NH+4]1100mg/L的炼焦废水以[Mgcl2]和[NaH2PO4]处理后(pH调至9) [NH+4]含量可小于100mg/L。其后日本Hiroshi Ono等把该方法应用于处理含氟的氨氮废水,使用[NaH2PO4]和[Mg(NO3)2],[NH+4]—N浓度可从253mg / L降到10mg/L以下。Katsuyuki Kataoka 用该法处理吸附有[NH3]的沸石的再生溶液中的[NH+4],也取得了较好效果。

我国许多研究人员也对此方法进行了研究。

谢炜平利用化学沉淀剂[[Mg(OH)2]+[H3PO4]]絮凝可有效去除废水中的氨氮,并可以制得以[MgNH4PO4]为主的复合肥,研究表明,该沉淀剂能使氨氮浓度在900mg/L以下时,氨氮去除率均在90%以上,当氨氮浓度小于50mg/L时,处理后水样中残留氨氮可降至l mg/L以下,此法对低浓度氨氮处理具有设备简单,处理成本低,而且废物又可以回收利用。

钟理等人研究了化学沉淀法处理含氨氮废水,实验研究了不同操作条件:如溶液pH值、沉淀剂种类和配比、废水中的初始氨氮浓度等对氨氮的处理效率的影响。在适宜的操作条件下,可除去废水中的氨高达99%,处理后残液中氨浓度小于1 mg/L。并探讨了化学沉淀反应过程的机理。河南工业废水处理

二、MAP脱氮的基本机理

MAP法预处理氨氮废水,是向废水中投加含[Mg2+]和[PO3-4]离子的药剂,其主要化学反应如下:

[Mg2+]+[NH+4]+[PO3-4] +6[H2O]→[MgNH4PO4?6H2O]

Ksp=[[Mg2+]][[NH+4]][[PO3-4]]=2.51x[10-13]

再经重力沉淀或过滤,就拥有MAP。其化学分子式是[MgNH4PO4?6H2O] ,俗称鸟粪石。因为它的养分比其他可溶肥的释放速率慢,可以做缓释肥((SRFs );肥效利用率高,施肥次数少;同时不会出现化肥的灼烧的情况。

Ksp为MAP的溶度积常数,取溶度积常数的负对数记作pKsP,计算可得12. 60由于反应是离子反应,理论上生成MAP的反应比较完全,且反应速度快。从反应动力学方面定性分析,该反应可行。又由于磷酸铵镁的溶度积Ksp比较小,所以反应沉淀后可将氨氮脱至很低的水平。
河南工业废水处理

三、影响MAP反应过程的因素

1.[Mg2+]:[NH+4]:[PO3-4]三者在反应过程中的比例

在化学沉淀法中,化学反应能否朝所需结果的方向发展,主要受下面反应平衡式的控制:

[MgNH4PO4]→[Mg2+]+[NH+4]+[PO3-4]

溶液中的微溶性盐离子[Mg2+]、[NH+4]和[PO3-4]浓度足够高,即浓度的乘积[[Mg2+]][[NH+4]][P043-]>[2.5x10-13]时,就会形成沉淀析出。理论上讲[NH+4]—N得以沉淀去除。

赵庆良等对含5618mg/L氨氮的垃圾渗滤液进行了处理,按n([Mg2+]):n([NH+4]): n([PO3-4]) =1:1:1投加氯化镁和磷酸氢二钠,废水中的氨氮质量浓度降为172mg/L,过量投加10%的氯化镁或磷酸盐,氨氮质量浓度分别可降为112 m/L和158 mg/L,继续提高氯化镁或磷酸盐的量,废水中剩余氨氮质量浓度处在100mg/L左右,很难进一步降低。全武刚和王继徽对某一合金厂的质量浓度为1600mg/L的氨氮废水进行处理,按**配比n([Mg2+]):n([NH+4]): n([PO3-4])=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为1231mg/L的废水进行处理,氨氮质量浓度可降低到112mg/L。

2.pH值的影响

对于废水来说,废水中的[Mg2+]、[NH+4]和[PO3-4]浓度受到很多因素的影响,其中pH将影响除了主反应以外至少还有以3个反应平衡式:

[Mg2+]+[OH-]→[Mg(OH)2] (1)

[NH+4]+ [OH-]→[NH3?H2O] (2)

[PO3-4]+[H+]→[HPO2-4] (3)

化学反应式(1)和(2)随pH的升高,反应向右移动,[Mg2+]和[NH+4]的浓度就会降低,不利于产生[MgNH4PO4]沉淀物。但是,对于(3)式来说,pH的升高,将使H+浓度降低,就会使平衡式向左移动,利于产生[MgNH4PO4]沉淀物。因此pH将是影响[Mg2+]、[NH+4]和[PO3-4]摩尔浓度积的主要因素,过高或过低的pH都不利于[MgNH4PO4]沉淀,也就是不利于[NH3]—N的去除,所以实验中**确定一个比较理想的pH。河南工业废水处理

由有关科学分析,试验中*优pH为9~9.5. 3.33.氨氮的浓度受pH值以及水的温度影响比较大,水中的氨温度太高,氨氮将从溶液中挥发出去,增大沉淀物的溶解度;而温度太低,生成磷酸按镁的反应速度相对较慢。氨水调解池的温度一般为20-50℃,由李睿等人分析得,在试验温度20℃到45℃下,出水氨氮、镁离子、含磷量稳定氨氮去除率为93%,说明温度对反应过程中氨氮的去除率影响不大。后期的试验可在室温下进行。

4.氨氮初始浓度的影响

经有关科学分析,对于不同氨氮浓度的废水,其去除率均在90%以上,并且随着进水氨氮浓度的升高,氨氮去除率呈增长趋势,在氨氮浓度为2000mg/L以上时,去除率大于94%,出水中镁离子和含磷量也满足后续生化池处理的要求。所以,用磷酸按镁法去除高浓度的氨氮,去除效果良好。

四、小结

在用化学沉淀法除去废水中的氨氮时,选择的*优条件为:使pH值为9-9.5左右;投加得[NH+4]、[Mg2+]、 [PO3-4] 得摩尔比为1:1:1,反应可以在室温进行。

五、讨论及展望

综上所述,化学沉淀法有如下优点:

(1) MAP沉淀法与生物处理结合后,曝气池不需达到硝化阶段,曝气池体积比硝化反硝化法可以减少约1倍。

(2)氨氮在化学沉淀法中被沉淀去除,与硝化一反硝化法相比,能耗大大节省,反应也不受温度限制,不受有毒物的干扰。

(3)可以处理各种浓度的氨氮废水。

(4)如果产物MAP用作肥料,则可把水中的污染物氨氮变成了一种有用的物质,这在一定的程度上降低了处理费用。

因此,MAP沉淀法是一种技术可行,经济合理的氨氮废水处理方法,很有开发前景。从目前开发现状来看,主要需解决以下问题:①寻找价廉有效的沉淀剂降低处理费用。化学沉淀法处理废水的费用主要是药剂。如果能找到价廉有效的沉淀剂,则可望大大降低处理费用。②开发MAP作为肥料的价值。很多文献中虽然已提到MAP可作为肥料使用,但只有通过大田实验验证了MAP的肥效,并使之实际应用到农业中,才能**为化学沉淀法的副产物MAP找到出路,使化学沉淀法在河南工业废水处理废水处理中拥有应用。


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