磷酸銨鎂法的特性及研究

磷酸銨鎂(MgNH4 PO4 ·6H2O) ,俗稱鳥糞石,英 文名稱struvite (magnesium ammonium phosphate) ,簡 稱MAP。它是白色粉末無機晶體礦物,斜方晶系, 相對密度1.71,分子量245.7,微溶于冷水,溶于熱 水和稀酸,不溶于乙醇,遇堿溶液分解。在100℃時 失水變成無水鹽,熱至溶化分解為焦磷酸鎂。在工 業上由鎂鹽溶液和磷酸銨溶液相互作用而得,可用 作飼料添加劑、化學試劑、結構制品阻火劑等 。 MAP含有與復合肥相似的氮、磷成分,養分釋放速 度慢,且在沉淀過程中基本不吸收重金屬和有機物, 因此可作為安全的農用緩釋肥 。

25℃時MgNH4 PO4 ·6H2O的溶解度積常數ksp = 2.5 ×10-13

Abdelrazip 等研究發現, MgNH4 PO4 加熱至 300℃時可分解為MgNHPO4 和氨氣:MgNH4 PO4 → MgNHPO4 +NH3 ,通過熱解回收氨以及鎂和磷沉淀 劑的循環利用在理論上是可行的。

MAP法的反應機理

反應機理 NH₄ ⁺ 一般情況下不與陰離子生成沉淀,但它的 某些復鹽不溶于水, 如Mg · 6H₂O (MAP ) 、 MnNH₄ PO₄、NiNH₄ PO₄、ZnNH₄ PO₄ 等。MAP法就是 向含NH₄ ⁺ 和PO₄^{- 3}   的廢水中添加鎂鹽,使之生成難 溶MgNH₄ PO₄ ·6H₂O沉淀的方法,發生的主要化學 反應如下:

經重力沉淀或過濾,可得到MAP。

Mn、Ni、Zn為重金屬,對人及其他生物有毒害作 用,通常不作為沉淀劑使用。Mg2 + 無毒, 少量的 Mg2 +還有利于廢水的生化處理 ,其作為沉淀劑去 除高濃度氨氮廢水最大的特點是可使氨氮得以回用,且工藝簡單,適用范圍廣,反應速度快,操作簡單,沉淀反應不受溫度、水中毒素的限制,同時,如果 廢水中磷酸根的含量很高,只需投加鎂鹽,少量投加 或不投加磷酸鹽就可以起到除氮脫磷的作用。

磷酸銨鎂法處理氮磷廢水研究背景

高濃度氨氮廢水來源廣,排放量大,一旦排入水體,特別是流動較緩慢的湖泊、海灣,容易引起水中 藻類及其它微生物的大量繁殖,是導致水體富營養化的主要原因之一,同時,高濃度氨氮對微生物 活性有抑制和毒害作用。因此,有必要在生物處理 前對高濃度氨氮進行有效的處理 。

目前,對氨氮的處理主要有吹脫氣提法、化學沉 淀法、折點加氯法、離子交換法、電化學氧化法和生 物脫氮技術等 。采用吹脫法處理氨氮其弊端是 產生二次污染,長時間運行易使設備結垢堵塞, 生物法和離子交換法存在各種各樣的缺點 。化學沉淀法是近年來興起的一種新的去處高濃度氨氮 的方法,其可回收廢水中的氨氮,受到人們的重視, 尤其是磷酸銨鎂(MAP)沉淀法去除廢水中的氨氮人們進行了大量研究。 同時可以查看中國污水處理工程網更多關于磷酸銨鎂法處理氮磷廢水的技術文檔。

MAP法處理氨氮廢水的影響因素分析

MAP法處理氨氮廢水的主要影響因素為: pH值、反應溫度、反應時間、反應物配比等,它們都會影響磷酸銨鎂的除氮效果。

1　pH值

作為無機化學沉淀反應,無論采用何種藥劑配 及配比,合適的pH 都是保證反應能否實現的關鍵。MAP在堿性條件下溶解度隨pH值的升高而 降低,其溶于酸不溶于堿。一般認為pH在7～1015 之間發生主要化學反應。當pH < 7時,溶液中PO₄^-3   濃度低,不利于反應進行;當pH > 1015 時,磷酸氨 鎂在強堿溶液中會發生分解,使部分已經固定的氨 氮游離出來,生產溶解度更低的Mg₃ ( PO₄ ) 2 沉淀 ( K_sp = 918 ×10- 25 , 25℃) 。

國內外的研究人員對MAP法處理氨氮廢水的 最佳pH值進行了研究,結果如表1所示。

2　反應溫度

溫度對磷酸銨鎂的生成有一定的影響。

郝瑞剛等在MAP法去除焦化廢水氨氮的實驗中,在4個不同溫度考慮溫度對氨氮去除效果的 影響中發現,隨溫度升高,氨氮的去除效果增加,但 當溫度超過30℃時,氨氮的去除率反而減小,處理 效果下降, 分析原因是由于溫度影響NH4OH 和 HPO4 - 的電離平衡以及MgNH4 PO4 的離解。

Mijangoss等研究也發現, 當反應溫度從 25℃升高到60℃時,磷酸銨鎂的生成量減少,溶液 中殘留的氨氮的濃度升高,保持較低的反應溫度對 于氨氮去除有利。但在于瑞蓮等采用MAP法去 除垃圾滲濾液中氨氮的實驗中發現,在15℃～35℃ 范圍內,溫度的變化對垃圾滲濾液中氨氮的去除率影響不大。

反應溫度是影響氨氮去除率的關鍵因素,綜合 考慮,溫度在25℃～30℃之間氨氮去除率效果應最好。在中國MAP法幾乎不受冬季低溫和夏季高溫的影響。

3　反應時間

反應時間對磷酸銨鎂生成也有一定的影響。理 論上講,反應時間越長氨氮的去除率越高,剩余氨氮 的濃度越小。

Zdybiewska對氮肥廠廢水進行實驗,發現當 反應時間為25 min時,氨氮去除率最高( 80% ) ,同 時反應時間也是形成MAP晶粒大小的因素之一。

Strafuli等研究結果表明, 1 min內氨氮去除 率即達到最終去除率(180 min時)的98% ,說明磷 酸銨鎂沉淀的生成速度非常快。隨反應時間的延 長,磷酸銨鎂晶體的粒徑慢慢增加,反應180 min后 沉淀的粒徑已經由反應1 min時的011 mm增加到3 mm,雖然氮磷去除率變化不大,但是晶粒越大,沉淀 效果越好,但反應所需的動力消耗越多,處理費用就越高。

4　反應物配比

一定條件下, 磷酸銨鎂沉淀存在時, Mg^{2 +} 、 NH₄⁺   和PO₄^-3 3種離子的活度積等于常數,反應物 的配比對氨氮的去除率影響較大。

磷化廢水處理方法