磷酸铵镁法的分析及发展趋势

Posted 2023-01-12 反应器

篇首语：书到用时方恨少，事非经过不知难。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了磷酸铵镁法的分析及发展趋势相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

MAP 沉淀回收氮磷的经济分析

用MAP 沉淀法处理氨氮废水，理论上每回收 1 kg 氨氮，需要1.71 kg 镁、2.21 kg 磷以及一定量的 NaOH 溶液，同时可以生成7.59 kg 的MAP 沉淀。 MAP 可作缓释肥，具有较高的经济价值，同时可以降低高浓度氨氮废水的处理费用。生产MAP 的成本变化很大，从140 美元（澳大利亚）到460 美元（日本）不等，相比而言，磷酸盐矿石的成本是40～50 美元。MAP 的市场价值为9～1 885 美元。一位学者指出，生产规模的MAP 回收是经济的，市场售价超过添加镁和进行pH 值调整的化学药品的成本。

Shu等对MAP 沉淀回收磷的经济评价结果表明，通过MAP 结晶回收废水中的磷，大约1 000 m3 污水中可以结晶生成1 kg 的MAP。磷的结晶回收和磷的生物化学处理相比，每年从100 m3/d 规模的污水处理厂产生的MAP 足够2.6 hm2 土地的肥料。如果世界范围内从污水处理厂回收MAP，每年可以回收630 kt 磷（P2O5），减少1.6%的磷矿石开采。因此，MAP 沉淀工艺技术为从废物流中回收磷，保持不可再生的磷的储存提供了机会。

MAP法去除和回收氮磷的应用现状

为了应用MAP 沉淀法去除和回收氮磷，研究者开发了一些工艺技术，其中最常见的设计就是组建一个流化床反应器或者一个球式反应器，但迄今这些装置很少在生产上应用。所有这些工艺技术中，都是通过改变pH 值或反应离子浓度实现MAP 沉淀。

Uludag-Demirer 等研究利用MAP 沉淀去除牛奶厂废料两阶段厌氧消化反应器出水中的氨，氨氮去除效率在95%以上。Elisabeth 等通过中试研究发现，MAP 沉淀过程中可以去除94%的正磷酸盐，进水浓度是61 mg/L，出水为4 mg/L。碱度和镁源用的是60%的氢氧化镁泥浆，反应器在pH 值为8.5 左右运行，平均进水流速42 L/h，每天大约产生320 g 干MAP。MAP 产品实现了回用的所有要求，作为一种缓释化肥，其所有重金属含量都低于标准限值。MAP 产物的组成是12.4%的P、9.1% 的Mg、5.1%的N 和39%的结晶水，和理论的期望值相对应。Calli 等研究了MAP 沉淀法作为气浮方法的替代方法， n(Mg2+)∶n(NH4 +)∶n(PO4 3－)为 1∶1∶1 时，垃圾厌氧处理渗滤液中大约98%的氨氮被沉淀为MAP，出水氨氮浓度在40 mg/L 以下，同时大约20%的COD 被去除。Ozturk 等研究发现，在厌氧处理渗滤液过程中，pH 值在8.5～9.0 氨氮去除率为85%。Battistoni 等用序批式流化床反应器和生产规模的反应器从厌氧上清液中通过 MAP 结晶去除磷，结果表明最大的磷去除率为 80%。Suzuki 等设计了一个MAP 积累装置回收纯的MAP，装置上MAP 积累面用不锈钢的金属网（直径1 mm）做成，以减小总重。在反应器曝气柱的淹没期间，MAP 积累在装置表面。MAP 可以容易地用轻刷从表面刮去，可以回收95%纯度的 MAP，装置结构简单，适合推广。

Chimenos等用低品位的MgO作为Mg源，用 MAP沉淀法去除废水中的氨磷，因为不同品位的 MgO价格不同，用低品位的MgO代替纯的MgO减小了废水处理费用。24 g/L的低品位MgO，反应时间为5 h，pH值为8.5～9，可以去除所有的磷，但是氨氮不能完全去除，去除氨和磷的最优反应时间为20 h。pH值监测被用做控制参数，在最优控制条件下，在磷酸盐低于35 mg/L，氨低于230 mg/L时，去除率可以达到90%～99%。

Lee 等研究了用盐卤作为MAP 法镁源的可行性，试验发现反应速率很高，氮和磷的去除率在 10 min 后就不再改变。向纯溶液中添加盐卤，磷的去除率等于添加MgCl2 或海水的去除率。盐卤应用到生物处理的猪场废水，获得了高的磷的去除率，但氨的去除受氮和磷的不平衡比率限制。有研究用MAP 沉淀法去除制革废水的的氨氮，MAP 沉淀后的浓度达到了市政污水的水平，出水水质可以达到市政管网接受水质的要求。Tonni 等研究表明氨氮浓度在3 260～5 618 mg/L，用MAP 沉淀可以去除98%的氨氮。Bo-Bertil 等通过中试进行了 MAP 结晶从人尿中回收营养物的研究，结果表明从尿中以MAP 形式回收大量营养物是可能的。通过加入少量的MgO，产生了主要成分为MAP 的产物。天然沸石，尤其是斜方沸石，还有天然钙硅石和人尿接触后表现了很好的氨氮吸附量，结合MAP 沉淀，能回收大部分的磷、钾和65%～80%的氮。MAP 和天然矿物吸附剂混合有很好的土壤营养价值，能被用着土壤改良剂。氨、斜方沸石和磷灰石的混合物是众所周知的缓释肥。

MAP沉淀法回收氮磷存在问题及发展趋势

目前含氮磷废水的处理方法很多，但均有不同程度的缺点，尤其对于含高浓度氨和磷酸盐的废水，一般的生化方法处理效果不够理想，而常规的铝、铁、钙盐除磷等化学沉淀方法将产生大量难以处理的污泥，而且这些方法无法回收废水中的氮磷营养元素。20 世纪60 年代以来，人们开始研究应用磷酸铵镁（ magnesium ammonium phosphate，MAP）沉淀法去除和回收废水中的氮磷。MAP 英文俗名为struvite，中文称鸟粪石，是一种难溶于水的无色、白色（脱水后）、黄色、棕色或浅灰色的晶体，含有氮、磷两种营养元素，是一种很好的缓释化肥，国外已成功地将其推向化肥市场。因此，研究MAP 沉淀法去除和回收氮磷的基本原理、影响因素、应用条件以及进行技术经济分析，对于含高浓度氮磷废水的处理以及氮磷回收具有重要意义。

虽然MAP沉淀法回收氮磷的研究在近几十年来取得了一定的发展，但还存在许多急需解决的问题。一般废水中氨和磷酸盐比例不平衡问题，造成不能同时获得高的氮磷去除率，需要深入研究确定废水中Mg2+、NH4 +、PO4 3－离子的最佳比例；目前加入的沉淀药剂成本太高，需要寻求一些替代药剂，比如用盐卤代替镁盐；目前还没有开展废水中其他物质对MAP 沉淀回收氮磷的影响机理研究；应用于垃圾渗滤液的处理所造成的盐度过高问题;另外MAP 结晶成套装置的研究是该方法应用的另一研究热点。