磷酸铵镁法回收污泥浓缩液中氮磷的影响因素研究

第 4卷 第 9期 20 1 0年 9月
环境工程学报
Ch in ese Journal of Env iron m enta l Eng ineering
V o l. 4, N o. 9 Sep . 2 0 1 0
磷酸铵镁法回收污泥浓缩液中 氮磷的影响因素研究
林亲铁
摘 要
刘国光
尹光彩
姚
琨
( 广东工业大学环境科学与工程学院 , 广州 510006) 以生物 除磷脱氮污水处理厂污泥浓缩液为研究对 象 , 采 用正交 实验方 法 , 通 过测定 溶解性 磷和 NH + 4 N 的变
3 [ 7] 32+ +
] /
发 现 , 采 用 MAP 结 晶 法 可 从
]、 反应 p H 值、 [ NH ] / [ PO
+ 4
34
]为影响因素 ,
100 m 消化上清液中结晶得到 1 kg MAP。上述研 究只考虑了 MAP 法对磷或氮的回收, 发现了其回收 [ M g ] / [ PO4 ] 、 [ NH 4 ] / [ PO4 ] 等影响因素有 关 , 但是这些研究没有同时探索 2 种元素的变化规 律。本研究以生物除磷脱氮污水处理厂污泥浓缩液 为 对 象, 探 索 了 p H 值、 [ M g [ NH ] / [ PO 参考。
33+
+
利用磷酸铵镁沉淀法 ( MAP ) 处理污水处理厂污泥 脱水上清液发现, 磷回收的最优反应条件: p H 值为 10、 n ( M g) /n ( P ) 为 1 5∀l 、 反应时间 20 m in , 磷回收 率最高可达到 80 % 左右。张杰等
[ 5]
M g + PO 4 # M g3 ( PO4 ) 2 ∃ 1 . 2 水 样 本次实验用水采用广州市猎德污水处理厂二期 工程污泥浓缩液 , 其中 COD 为 365 m g /L, PO4 65 8 m g /L, NH 1 . 3 实验方法 通过前 期预 实验 研究, 确 定最 佳反 应时 间为 20 m in 、 搅拌强度为 200 r /m in 、 静置沉降时间为 2 h。 为探索 MAP 法回收氮磷的最佳反应条件并考察各 因素 对 氮 磷 回 收 效 率 的 影 响 规 律 , 以 [ M g [ PO
34 2+ + 4 3-
P为
发现 , 当污泥脱
N 为 46 6 m g /L, p H 值为 7 2 。
水滤液在 pH 值为 10~ 10 5 条件下反应时, 鸟粪石 产量最高 ; 污泥脱水滤液浊度越高 , M g 回收物质的 [ 6] 量浓度越低, 相应 MAP 产量也越低。 M ustafa 等 采用五步法对厌氧消化液中的氮进行回收发现 , 由 于 PO4 和 M g 的下降, NH 4 的回收率由 92 % 下降 到 77% 。 Shu 等
2+ + + 2+ 24 2+ + + 2+ 3-
2 结果与讨论
2 . 1 正交实验 以 [ PO 4 ] 为依据, 将 [ NH 4 ] / [ PO 4 ] 、 p H值 和 [ M g ] / [ PO 4 ] 各取 3 个水平按 3 因素 3 水平 正交实验表设计
[ 8] 2+ 33+ 3-
+ 3化探索 p H 值、 [ M g2+ ] /[ PO 34 ] 和 [ NH 4 ] /[ PO 4 ] 对 M AP 法回收氮磷效率的影响。研 究表明 , pH 值是 影响氮磷回 收的 一个最重要因素 , 当 pH 值达到 10时 , 磷回收率达到最大值 ( 81 9% ), 当 pH 值由 9 上升到 11 时 , 氮的去除率 随 pH 值 的升 + 3高而增加 ; [M g2+ ] / [ PO34 ] 和 [ NH 4 ] /[ PO 4 ] 都会影响鸟粪石 (M AP ) 法对磷的回收率 , 比 值越大 , 磷回收率 越高 , 但 当比 + 3值达到一定值后 , 磷回收率增长幅度趋于减缓 , 仅考虑磷的回收效率 , [ M g2+ ] /[ PO 34 ] 和 [ NH 4 ] / [ PO 4 ] 的最优配 比分 + 3别为 1 4 和 6 ; 氮去除率也受镁磷比和氮磷比的影响 , 当 [M g2+ ] / [ PO3] 4 ] 为 1 3 时 , 氮去 除率最高 , 而当 [ NH 4 ] / [ PO 4 为 4~ 8 时 , 氮去除率随着氮磷比的升高而逐渐降低。 关键词 磷酸铵 镁 污泥浓缩液 磷回收 氮去除
2+ 2+ 2+ 2+ + 3-
研究发现, 污泥脱水滤液
中溶解性磷回 收的最佳的 pH 值为 9 3~ 9 4 , pH 值、 水温等条件一定的情况下, 污泥脱水滤液中溶解 性磷的浓度越高 , 越有利于磷的回收。郝凌云等
[ 4]
M g + H 2O # M g( OH ) 2 ∃ + 2H M g + PO 4 + H # M gH PO4
, 其中 [ NH 4 ] / [ PO4 ] 值 取 4 、
2+
+
33-
8 、12 , p H 值 取 8、 9 、10 , [Mg
。
另一方面, 在污水处理过程中, 设有生物除磷脱氮的 污水处理厂内, 浓缩池和消化池等存在厌氧状态的 构筑物内富磷上清液的含磷质量浓度达到十至几十
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环 境 工 程 学 报
第 4卷
除污水中的磷和氮的同时 , 也实现了对这 2 种营养 元素的回收。王绍贵等
[ 3]
副反应 : Mg + 2 H + PO4 # M g ( H 2 PO4 ) 2
3+
] / [ PO
34
]和
] 对 MAP 结晶效果的影响 , 以期为
MAP 沉淀 法 回收 废水 中 氮磷 的 工程 化应 用 提供
1 实验部分
1 1 MAP 法除磷原理 MAP 法除磷的基本原理是向含磷污水中投加 NH 4 和 M g , 使之和 PO 4 生成难溶性 MAP 沉淀 , 该沉淀反应不受 温度、 水 中毒素的限制 , 当废水中 NH 4 的含量很高时, 只需投加镁盐 , 即可同时达到 除磷脱氮的作用。在水溶液中, MAP 的形成过程可 以用以下化学方程式来描述: 主反应 : + + NH 3 + H 3 O # NH 4 + H 2O Mg 6H 2 O ∃ M g + H PO 6H 2 O ∃ + H
32+
] / [ PO 4 ] 加 入 氯 化 镁 , 再 用 20 %
+
3-
N aOH 将 pH 值调整到一定值, 按照一定的 [ NH 4 ] / [ PO4 ] 加入氯化铵 , 反应 20 m in 后静置沉淀 2 h, 定量滤纸过滤 , 测定溶液中剩余 [ PO4 ] 、 [ NH 4 ] 。 每组实验均采用 3 次平行测定, 结果取均值。 1 . 4 分析方法 磷的测定采用钼酸铵分光光度法 , 氨氮的测定 采用纳氏试剂比色法 , COD 采用重铬酸钾法 , p H值 的测定采用 p H S 2 型酸度计。
Abstract App ly ing orthogonal design, the in fluences o f p H, M g / P and N / P on the process ofMAP pre cipitation from sludge concentrated liquor w ere investigated . The results show that p H va lu e is one of the very i m portant opera ting param eters affect ing n itrogen and phospho rus recovery effic iency , wh ich reaches m ax i m um ( 81 9 % ) w hen th e p H va lu e is 10 , wh ile nitrogen rem oval efficiency in creasesw ith p H valu e . The phospho rous 2+ 3+ 3recovery efficiency changes w ith the m o lar ratio o fM g /PO4 and NH 4 / PO4 . H ow ever , w hen the m olar ratio 2+ 3+ 3of M g /PO 4 exceeds 1 4 and the m o lar ratio of NH 4 /PO4 exceeds 6 , the phosphorous recovery effic ie ncy 2+ 3+ 3changes little . T he m olar rat io o f M g /PO 4 and NH 4 / PO4 can a lso in fluence n itrogen rem oval efficiency, 2+ 3+ 3and the opt i m al m o lar ratio o fM g / PO4 is 1 3 , wh ile the m o lar ratio of NH 4 / PO 4 ranges from 4 to 8 , n itro gen rem ova l efficiency dec lin es. K ey w ord s m agnesium amm on ium phosphate ( MAP ) ; sludge concentrated liquor ; phosphorus recovery; nitrogen rem ova l 磷在人工开采或天然侵蚀后, 最终归宿是深海 的沉积层。沉入深海的磷只有很少一部分可通过浅 m g /L, 甚至 100 m g /L 以上 , 且氨氮的浓度较高 , 2+ 因此只要投加适量的镁源 ( M g ) , 调节 p H 值到适 3+ 2+ NH 4 和 M g 即可生成 海鱼类或海鸟返回陆地 , 以至于磷在生物圈中大部 当的范围 , 污水中的 PO4 、 H 2 O, MAP ) 沉淀, 在去 分是单向流动, 从而成为一种不可更新的宝贵资源。 难溶性鸟粪石 ( M gNH 4 PO4 ! 6 在现有技术、 经济水平条件下, 已探明的世界磷储量 仅够人类再用 100 年, 我国已将磷矿列为 2010 年后 不能满足国民 经济发展需求 的 20 种 矿产之一