磷酸铵镁法的特性及研究

Posted 2023-01-14 反应物

篇首语：我永远要记得我所想要的。而不是我所恐惧的。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特性及研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

MAP的性质

磷酸铵镁(MgNH4 PO4 ·6H2O) ,俗称鸟粪石,英文名称struvite (magnesium ammonium phosphate) ,简称MAP。它是白色粉末无机晶体矿物,斜方晶系, 相对密度1.71,分子量245.7,微溶于冷水,溶于热水和稀酸,不溶于乙醇,遇碱溶液分解。在100℃时失水变成无水盐,热至溶化分解为焦磷酸镁。在工业上由镁盐溶液和磷酸铵溶液相互作用而得,可用作饲料添加剂、化学试剂、结构制品阻火剂等。 MAP含有与复合肥相似的氮、磷成分,养分释放速度慢,且在沉淀过程中基本不吸收重金属和有机物, 因此可作为安全的农用缓释肥。

25℃时MgNH4 PO4 ·6H2O的溶解度积常数ksp = 2.5 ×10-13

Abdelrazip 等研究发现, MgNH4 PO4 加热至 300℃时可分解为MgNHPO4 和氨气:MgNH4 PO4 → MgNHPO4 +NH3 ,通过热解回收氨以及镁和磷沉淀剂的循环利用在理论上是可行的。

MAP法的反应机理

反应机理 NH₄⁺ 一般情况下不与阴离子生成沉淀,但它的某些复盐不溶于水, 如Mg · 6H₂O (MAP ) 、 MnNH₄PO₄、NiNH₄ PO₄、ZnNH₄ PO₄ 等。MAP法就是向含NH₄⁺ 和PO₄^- 3 的废水中添加镁盐,使之生成难溶MgNH₄ PO₄ ·6H₂O沉淀的方法,发生的主要化学反应如下:

经重力沉淀或过滤,可得到MAP。

Mn、Ni、Zn为重金属,对人及其他生物有毒害作用,通常不作为沉淀剂使用。Mg2 + 无毒, 少量的 Mg2 +还有利于废水的生化处理 ,其作为沉淀剂去除高浓度氨氮废水最大的特点是可使氨氮得以回用,且工艺简单,适用范围广,反应速度快,操作简单,沉淀反应不受温度、水中毒素的限制,同时,如果废水中磷酸根的含量很高,只需投加镁盐,少量投加或不投加磷酸盐就可以起到除氮脱磷的作用。

磷酸铵镁法处理氮磷废水研究背景

高浓度氨氮废水来源广,排放量大,一旦排入水体,特别是流动较缓慢的湖泊、海湾,容易引起水中藻类及其它微生物的大量繁殖,是导致水体富营养化的主要原因之一,同时,高浓度氨氮对微生物活性有抑制和毒害作用。因此,有必要在生物处理前对高浓度氨氮进行有效的处理。

目前,对氨氮的处理主要有吹脱气提法、化学沉淀法、折点加氯法、离子交换法、电化学氧化法和生物脱氮技术等。采用吹脱法处理氨氮其弊端是产生二次污染,长时间运行易使设备结垢堵塞, 生物法和离子交换法存在各种各样的缺点。化学沉淀法是近年来兴起的一种新的去处高浓度氨氮的方法,其可回收废水中的氨氮,受到人们的重视, 尤其是磷酸铵镁(MAP)沉淀法去除废水中的氨氮人们进行了大量研究。同时可以查看中国污水处理工程网更多关于磷酸铵镁法处理氮磷废水的技术文档。

MAP法处理氨氮废水的影响因素分析

MAP法处理氨氮废水的主要影响因素为: pH值、反应温度、反应时间、反应物配比等,它们都会影响磷酸铵镁的除氮效果。

1　pH值

作为无机化学沉淀反应,无论采用何种药剂配及配比,合适的pH 都是保证反应能否实现的关键。MAP在碱性条件下溶解度随pH值的升高而降低,其溶于酸不溶于碱。一般认为pH在7～1015 之间发生主要化学反应。当pH < 7时,溶液中PO₄^-3 浓度低,不利于反应进行;当pH > 1015 时,磷酸氨镁在强碱溶液中会发生分解,使部分已经固定的氨氮游离出来,生产溶解度更低的Mg₃( PO₄ ) 2 沉淀 ( K_sp = 918 ×10- 25 , 25℃) 。

国内外的研究人员对MAP法处理氨氮废水的最佳pH值进行了研究,结果如表1所示。

表1　MAP法处理不同氨氮废水最佳pH及氨氮去除率

2　反应温度

温度对磷酸铵镁的生成有一定的影响。

郝瑞刚等在MAP法去除焦化废水氨氮的实验中,在4个不同温度考虑温度对氨氮去除效果的影响中发现,随温度升高,氨氮的去除效果增加,但当温度超过30℃时,氨氮的去除率反而减小,处理效果下降, 分析原因是由于温度影响NH4OH 和 HPO4 - 的电离平衡以及MgNH4 PO4 的离解。

Mijangoss等研究也发现, 当反应温度从 25℃升高到60℃时,磷酸铵镁的生成量减少,溶液中残留的氨氮的浓度升高,保持较低的反应温度对于氨氮去除有利。但在于瑞莲等采用MAP法去除垃圾渗滤液中氨氮的实验中发现,在15℃～35℃ 范围内,温度的变化对垃圾渗滤液中氨氮的去除率影响不大。

反应温度是影响氨氮去除率的关键因素,综合考虑,温度在25℃～30℃之间氨氮去除率效果应最好。在中国MAP法几乎不受冬季低温和夏季高温的影响。

3　反应时间

反应时间对磷酸铵镁生成也有一定的影响。理论上讲,反应时间越长氨氮的去除率越高,剩余氨氮的浓度越小。

Zdybiewska对氮肥厂废水进行实验,发现当反应时间为25 min时,氨氮去除率最高( 80% ) ,同时反应时间也是形成MAP晶粒大小的因素之一。

Strafuli等研究结果表明, 1 min内氨氮去除率即达到最终去除率(180 min时)的98% ,说明磷酸铵镁沉淀的生成速度非常快。随反应时间的延长,磷酸铵镁晶体的粒径慢慢增加,反应180 min后沉淀的粒径已经由反应1 min时的011 mm增加到3 mm,虽然氮磷去除率变化不大,但是晶粒越大,沉淀效果越好,但反应所需的动力消耗越多,处理费用就越高。

4　反应物配比

一定条件下, 磷酸铵镁沉淀存在时, Mg^{2 +} 、 NH₄⁺ 和PO₄^-3 3种离子的活度积等于常数,反应物的配比对氨氮的去除率影响较大。采用MAP法处理氨氮废水的研究中,反应物的配比及氨氮去除率见表2。

表2　MAP法处理氨氮废水反应物配比及氨氮去除率

从表2可以看出:反应物物质的量之比在1: 1: 1左右。

通过对MAP法处理高浓度氨氮废水的影响因素分析,最终得出: pH在9左右、温度25℃～30℃、反应物物质的量之比在1: 1: 1左右氨氮去除率达到90%以上。