以废磷酸为磷源的MAP法去除污泥压滤液中的氨氮

钟志成，王德汉，邓加曦

（1.华南农业大学 资源环境学院，广州　510642；2.惠州瑞涛环保科技有限公司，广东　惠州　516000）

以废磷酸为磷源的MAP法去除污泥压滤液中的氨氮

钟志成1，王德汉1，邓加曦2

（1.华南农业大学 资源环境学院，广州510642；2.惠州瑞涛环保科技有限公司，广东惠州516000）

利用废磷酸作为MAP法的磷源处理污泥压滤液厌氧出水中的NH3-N，考察了反应时间、搅拌方式、pH值、氮磷镁物质的量之比、初始NH3-N浓度对NH3-N去除效果和残余PO43-浓度的影响，并确定了最佳反应条件。试验结果表明，当原水NH3-N的质量浓度为700.42 mg/L，PO43-的质量浓度为0.33 mg/L时，常温下，最佳反应条件为pH值为9，n（NH4+）∶n（PO43-）∶n（Mg2+）=1∶1∶1，曝气搅拌反应10 min。此时，NH3-N的去除率可达84.91%，出水NH3-N的质量浓度为105.69 mg/L，残余PO43-的质量浓度为6.49 mg/L。以废磷酸作为沉淀剂磷源的MAP法，具有较好的NH3-N处理效果，可用于高浓度NH3-N废水的预处理。

MAP法；污泥压滤液；NH3-N；废磷酸

磷酸铵镁（MAP）化学沉淀法因具有可同时处理氮、磷的特点，且去除率高，反应速度快，收的磷酸铵镁可作为缓释化肥进行资源再利用，被广泛地用于生活污水［1］、工业废水［2］和垃圾渗滤液［3］中NH3-N和磷酸盐的脱除，特别多用于高浓度NH3-N废水的处理［4］。

MAP化学沉淀法处理含氮废水时，需要投加一定量的沉淀剂，沉淀剂价格高，因此需要寻求一种价格低廉的沉淀剂，降低废水处理成本。本研究以生产磷酸氢钙时产生的废磷酸作为磷源，采用MAP化学沉淀法去除污泥压滤液厌氧处理后废水中的NH3-N，考察搅拌方式、反应时间、pH值、氮磷镁物质的量之比和初始NH3-N浓度对MAP沉淀法去除NH3-N和残余PO43-的影响，以期达到以废治废的目的。

1　材料与方法

1.1试验仪器与药剂

试验仪器。FE20 pH计，L5紫外可见分光光度计，85-C型恒温磁力搅拌器，I9100型气泵，ME2002E型电子天平。

试验药剂。废磷酸，磷的质量浓度为28 224.22 mg/L，pH值为0.38；六水氯化镁，分析纯。

1.2废水水质

试验废水为污泥压滤液经厌氧处理后的废水，水样取自惠州市瑞涛环保科技有限公司，废水水质如表1所示。

1.3试验方法

取100 mL试验废水于烧杯中，用质量分数为30%的NaOH溶液调节试验废水pH值，加入废磷酸与固体六水氯化镁，在常温下，磁力搅拌或曝气搅拌进行反应。静置30 min，取上清液经0.45 μm滤膜过滤，测定滤液中PO43-和NH3-N浓度。采用单因素影响试验方法，考察反应时间、搅拌方式、pH值、氮磷镁物质的量比、初始NH3-N浓度对NH3-N处理效果的影响。

1.4分析方法

磷酸盐浓度测定采用钼酸铵分光光度法［5］，NH-N浓度测定采用纳氏试剂分光光度法［5］。

2　结果与讨论

2.1反应时间和搅拌方式的影响

调节废水的pH值为9，在n（NH4+）∶n（PO43-）∶n（Mg2+）=1∶1:1，反应时间分别为10、20、30、40、60 min的条件下，分别以曝气搅拌（曝气强度为1.8 L/min）和磁力搅拌（搅拌速度为150 r/min）2种方式进行试验，结果如图1所示。

图1　不同反应时间和搅拌方式对NH3-N去除率和残余PO43-浓度的影响

由图1可知，MAP化学反应速度较快，反应时间为10 min时，磁力搅拌反应的NH3-N去除率达83.13%，PO43-残留质量浓度是7.49 mg/L，曝气搅拌反应的NH3-N去除率达83.14%，PO43-残留质量浓度是6.45 mg/L。继续延长反应时间，曝气反应的NH3-N浓度与PO43-残留浓度变化不大，搅拌反应的PO43-残留浓度有略微上升趋势，可能是由于搅拌反应时间过长使MAP沉淀体系受到破坏［6］，使MAP结晶沉淀性能降低，从而导致上清液可溶性磷浓度增加。曝气反应与搅拌反应的NH3-N去除率相差不大，但曝气反应PO43-残留浓度比搅拌反应低。因此，选择曝气搅拌方式，反应时间取10 min为宜。

2.2pH值的影响

调节废水pH值为8.0、8.5、9.0、9.5、10.0和10.5，在n（PO43-）∶n（Mg2+）∶n（NH4+）=1∶1:1，曝气搅拌反应10 min的条件下。考察pH值对废水中NH3-N去除率和残余PO43-浓度的影响，结果如图2所示。

图2　pH值对残余PO43-浓度和NH3-N去除率的影响

由图2可知，随着pH值的升高，残余PO43-浓度先降低后升高，pH值在9时达到最低点，当pH值从10.0升至10.5时，残余PO4浓度急剧升高。pH值在8.0～10.0范围内NH3-N去除率无明显变化，在pH值为9时达到最高值83.80%，之后有下降趋势。根据MAP反应原理，pH值升高有利于反应向生成MAP方向进行，生成的MAP不断增多，导致溶液中PO43-和NH3-N的浓度不断下降，但pH值超过10时，溶液中的NH4+浓度降低，平衡向生成NH3OH方向移动［7］，MAP在强碱溶液中开始发生分解，导致NH3-N和PO43-浓度上升。因此，当反应pH值9时，废水的MAP法处理可达到最佳效果。

2.3磷投加量的影响

调节废水pH值为9，在六水氯化镁的投加量为1.02g，废磷酸的投加量分别为4.39、4.94、5.49、6.04、6.59 mL，n（PO43-）∶n（NH4+）∶n（Mg2+）分别为0.8∶1∶1、0.9∶1∶1、1∶1∶1、1.1∶1∶1和1.2∶1∶1的条件下，曝气反应10 min，考察磷、氮物质的量之比对残余PO43-浓度和NH3-N去除率的影响，结果如图3所示。

图3　磷、氮物质的量之比对残余PO43-浓度和NH3-N去除率的影响

由图3可知，残余PO43-浓度随着n（PO43-）∶n（NH4+）的升高逐渐升高，当n（PO43-）∶n（NH4+）＞1时，升高趋势更为明显；NH3-N去除率随着磷、氮物质的量之比的升高而升高，这是由于提高PO43-浓度可以促进MAP反应向右进行［8］。增加废磷酸的投加量虽然可提高NH3-N的去除率，但处理成本增加，残余PO43-浓度也有所提高，因此，n（PO43-）∶n（NH4+）宜取1∶1。

2.4镁盐投加量的影响

调节废水pH值为9，在废磷酸的投加量为5.49 mL，六水氯化镁的投加量分别为0.82、0.92、1.02、 1.12、1.22g的条件下，调节废水n（Mg2+）∶n（NH4+）∶n（PO43-）分别为0.8∶1∶1、0.9∶1∶1、1∶1∶1、1.1∶1∶1和1.2∶1∶1，曝气反应10 min。考察镁、氮物质的量之比对残余PO43-浓度和NH3-N去除率的影响，结果如图4所示。

图4　镁、氮物质的量之比对残余PO43-浓度和NH3-N去除率的影响

由图4可知，随着Mg2+物质的量的增加，PO43-的残余浓度有所下降，但当 n（Mg2+）∶n（NH4+）＞1时，PO43-的残余浓度无明显变化，n（Mg2+）∶n（NH4+）从0.8∶1升至0.9∶1，NH3-N去除率明显上升，但继续增加，NH3-N去除率无明显变化，反而有下降趋势，推测原因可能是反应优先生成磷酸镁［9］。考虑到药剂的成本和处理效果，n（Mg2+）∶n（NH4+）宜取1∶1。

2.5初始NH3-N浓度的影响

利用蒸馏水与实际废水配成不同初始NH3-N浓度的废水，调节废水pH值为9，在n（PO43-）∶n（Mg2+）∶n（NH4+）=1∶1∶1的条件下，曝气反应10 min。考察初始NH3-N浓度对残余PO43-浓度和NH-N去除率的影响，结果如图5所示。

图5　初始NH3-N浓度对残余PO43-浓度和NH3-N去除率的影响

由图5可知，随着NH3-N浓度升高，其去除率逐渐上升，残余PO43-浓度则呈下降的趋势。在一定的温度、pH值条件下，溶液的过饱和程度越高，生成沉淀的推动力越大［10］。NH3-N浓度越高，投加的PO43-和Mg2+越多，溶液的过饱和程度越高，因此，NH-N的去除率越高。

3　结论

（1）利用废磷酸作为MAP法的磷源处理污泥压滤液厌氧出水中的NH3-N是可行的，达到了以废治废的目的。MAP沉淀法在去除NH3-N的同时引入磷元素，调节了废水碳、氮、磷物质的量比，为后续生物法处理创造了条件。

（2）MAP沉淀法对NH3-N的去除效果受反应时间和搅拌方式的影响较小，受pH值和氮、镁、磷物质的量比的影响较大。在常温下，调节废水pH值为9，n（NH4+）∶n（Mg2+）∶n（PO43-）=1∶1∶1，曝气搅拌10 min，NH3-N的去除率可达84.91%，出水NH3-N的质量浓度为105.69 mg/L，残余PO43-的质量浓度为6.49 mg/L。

（3）实际生产中pH值宜控制在9左右，反应时间不宜太长，最好控制在10 min左右，氮、镁、磷的物质的量比控制在1∶1∶1，既可以保持较好的NH3-N去除率，又可保证较低的残余PO43-浓度。在一定的pH值和氮、镁、磷物质的量比的条件下，废水NH3-N浓度越高，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

惠州市科技计划项目（0031942110709038）

钟志成（1990-），男，广东河源人，硕士研究生，主要从事固体废物利用与资源化方面的研究工作，（电子信箱）289789742@qq.com。

2016-03-28（修回稿）