磷酸铵镁

1 文献综述

1.1 课题研究背景

现代工业的高速发展在给人类社会带来舒适便捷的同时，也衍生出许多威胁生态环境平衡的废水废气废渣。为了减少工业废弃物对环境的伤害，世界环保组织规定工业废弃物的排放需先经过处理知道达到排放标准。水是生命之源，因而在“三废”中工业废水是最常见且危害巨大的。工业废水中比较多见的是高氮磷废水，高氮磷废水虽然不含有重金属等有毒物质，但若直接排放入江海河流中也将会带来严重的环境问题，比如水体富营养化。

水体富营养化是水体因自然或人为因素纳人过量营养盐(主要为N、P)，在适宜流场条件下藻类与其它水生生物的数量与结构发生异常变化，导致水质下降，甚至可能致使水体各项功能彻底瘫痪。富营养化会影响水体的水质，会造成水的透明度降低，使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物有害，造成鱼类大量死亡。同时，因为水体富营养化，水体表面生长着以蓝藻、绿藻等大量水藻，形成一层“绿色浮渣”，这样堆积于底层的有机物质会在厌氧条件下分解产生大量有害气体。此外，浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼虾。富营养化水中往往含有超标的硝酸盐和亚硝酸盐，人畜长期饮用这些有毒物质严重超标的水体，也会中毒或致病[1]。

因此，工业废水必须经过处理才能排放到湖泊江河中。其中高氮磷废水的传统处理方法有吹脱气提法、折点氯化法、离子交换法、混凝交换法、吸附法、生物法。

吹脱的优点是操作简便、易于控制且处理效果稳定，但使用石灰易产生水垢，塔板容易堵塞，且受环境温度影响较大，水温降低，脱氨效果降低，吹脱所需空气量较大，动力消耗大，运行成本较高，此外，逸出的游离氨易造成二次污染。

汽提法的优点:气提后的冷凝液可充分利用，对脱氨尾气进行有效回收，防止二次污染。但能量消耗大且控制步骤复杂。

折点氯化法优点：反应迅速，处理率达90%-100%，且处理效果稳定，不受水温影响，所需设备投资少。但液氯的安全使用和储存要求高，加氯量大，同时需要消耗碱来中和产生的酸，处理成本高，此外，副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染。

离子交换法：优点是工艺成熟，去除效率高。但操作过程复杂且饱和后再生费用高。

混凝沉淀法：优点：操作简单，易于控制，处理设备简单。但需要和其它工艺联合使用，单独使用很难满足出水要求，对水体pH值要求高，pH值改变时，沉淀物可能会溶解，还产生大量污泥，给污泥的处理带来了极大不便，污泥浓缩时，磷酸根会重新释放到上清液中，从而造成对水体的二次污染。

吸附法：优点：处理设备简单成本廉价，还可以以废治废。与化学混凝法相比，几乎不产生污泥。但吸附容量较低，吸附剂置换费用过高。

生物法是目前应用最多、效果最好的废水脱氮除磷技术，但一些高氨氮废水中存在大量的游离氨，对微生物活性产生抑制作用，从而影响生物脱氨除磷工艺的正常运行，所以对高氮磷废水在采用生化处理的同时，需设置脱氮除磷装置以减少生物脱氮除磷的压力。[2] 由于传统方法在处理高氮磷废水上的种种局限性，磷酸铵镁沉淀法得到重视。磷酸铵镁

沉淀法是有向废水中添加通常通过往废水中添加Mg2+、PO

43-与NH

4

+反应生成MgNH

4

PO

4

复盐沉

淀，从而达到去除回收氮、磷的目的。处理高氮磷废水而回收的到的磷酸铵镁因其在水中溶解度极小，常温下K

sp

=2.5×10-13，且含有丰富的植物生长所必须的营养元素N、P和叶绿素所必须的营养物质Mg2+,具有无机复合肥的性能。

1.2 磷酸铵镁法处理废水

磷酸铵镁（俗称鸟粪石）法是20世纪60年代国外因水处理工艺结构堵塞被发现，70年代开始用于水处理回收氮磷研究，90年代兴起的一种新的回收处理方法。通常通过往废水中添

加Mg2+、PO

43-与NH

4

+反应生成MgNH

4

PO

4

复盐沉淀以达到去除回收氮、磷的目的，尤其适用高氮

磷废水处理。

在用磷酸铵镁沉淀法处理高氮磷废水时，为了使沉淀达到最大化，处理工艺中许多因素都需要考虑。比如离子添加顺序、体系pH值的调节、体系温度的控制、转速调节等等。在查阅众多磷酸铵镁沉淀法处理废水工艺后发现，以下调节是有利于磷酸铵镁沉淀，从而最大限度的回收氮磷，净化水体。

邹安华等[3]研究表明当体系pH值在8.0～10.0 时，磷酸铵镁沉淀由疏松絮片变为颗粒状,

沉降性逐渐增强;当pH值在11.0～12.0 时,Mg

3(PO

4

)

2

沉淀呈细小絮片状,难以沉降;当pH 值升

高到12.5 ,Mg(OH)

2

沉淀为明胶状,极难沉降. 随着pH 值升高,沉淀量和氨氮去除率逐渐增加

并保持配比n (NH

4+) ∶n (Mg2+) ∶n (PO

4

3-) = 1∶1.4∶1 时得到的晶体纯度高。常用的pH

调节方法有投碱法和吹脱CO

2

法。

王美荣等[4]研究表明，pH为9.0，摩尔比n(NH

4+)：n(MgO)∶n(H

3

PO

4

)为1：1.3：1，加料

顺序为水样(NH

4+)→H

3

PO

4

→MgO，室温下反应，反应时间为30 min时，稀土厂废水中氨氮去除

率可达到95%以上。产物磷酸铵镁经简单处理，既可回收氨水，生成物又能循环处理氨氮废水。

贺君等[5]海水磷酸铵镁法去除N、P废水模拟实验表明，氮的去除，时间因素影响较大，

磷的去除，pH 的影响较大。当pH=9.5，n(Mg2+)：n(NH

4+)：n(PO

4

3+)=1.3：1：1.08，反应时间

为60min时，氮、磷的去除率分别达到63.01%和95.39%。实现海水资的有效利用，同时，可以提高去除氮磷的效率，降低处理费用。

Bhuiyan等[6]在维持pH 为8.0～8.2时，研究表明过饱和度在2～6时，磷回收率可达80%，而过饱和度在这范围之外时磷的回收率的变化幅度较大。