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1、磷酸铵镁除磷脱氮技术目前，生物脱氮除磷常采用 A2O 工艺，但其流程长且成本高，对进水氨氮浓度变化的适应性及抗负荷冲击的能力较差。本文介绍一种化学沉淀法，即 MAP（Magnesium Ammonium Phosphate）脱氮除磷法。 1 MAP 除磷脱氮的基本原理 向含 NH4+和 PO43-的废水中添加镁盐，发生的主要化学反应如下：Mg 2+HPO42-+NH4+6H2OMgNH 4PO46H2O+H + （1）Mg 2+PO43-+NH4+6H2OMgNH 4PO46H2O （2）Mg 2+H2PO4-+NH4+6H2OMgNH 4PO46H2O+2H +（3）再经重力沉淀或过滤，就得
2、到 MAP。其化学分子式是MgNH4PO46H2O，俗称鸟粪石；它的溶度积为 2.510-13。因为它的养分比其它可溶肥的释放速率慢，可以作缓释肥（SRFs）；肥效利用率高，施肥次数少；同时不会出现化肥灼烧的情况。 2 MAP 除磷脱氮的影响因素和沉淀物组成分析 2.1 Mg 2+，NH 4+，PO 43-三者在反应过程中的比例在处理氨氮废水方面，将 H3PO4加入到含有 MgO 的固体粉末中制成一种乳状液，对 2.4710-3mol/L 氨氮废水进行处理，得出 H3PO4与 MgO 的物质的量之比大于 1.5 时，氨氮去除率最高（90以上），当进水氨氮质量浓度为 42mg/L，在最佳条件下，
3、氨氮质量浓度可降到 0.5mg/L 以下 1。赵庆良 2等人对 5618mg/L 氨氮的垃圾渗滤液进行处理，按 n(Mg2+):(NH4+):n（PO 43-)=1:1:1 投加氯化镁和磷酸氢二钠，废水中氨氮质量浓度降为 172mg/L，过量投加 10的镁盐或磷酸盐，氨氮质量浓度可分别降为 112mg/L 和 158mg/L，继续提高镁盐或磷酸盐的量，废水中剩余氨氮质量浓度处在 100mg/L 左右，很难进一步降低。笔者对某一合金厂的质量浓度为 1600mg/L 的氨氮废水进行处理，按最佳配比 n(Mg2+):(NH4+):n（PO 43-)=1.3:1:1，加入硫酸镁和磷酸氢二钠，氨氮质量浓
4、度可降到 60mg/L，对某炼油厂的氨氮含量高（1231mg/L）的废水用此方法处理，氨氮质量浓度可降到 112mg/L。在除磷方面，国外有人证明，晶体纯度与初始氨氮质量浓度有关，最佳比例 n(Mg2+):(NH4+):n（PO 43-)=1:1.6:1，磷、镁去除率达95以上 3。Katsuura 4认为 n(Mg):n(P)为 1.3:1 时，除磷效果最好。2.2 反应的 pH 值MAP 溶于酸不溶于碱，笔者对模拟氨氮废水进行重复验证，证明废水在 pH 值为 7.0 以上，才会出现小颗粒沉淀物，当用 NaOH 将pH 值调至 8.0 以上时，会出现大量沉淀。pH 值在 7.010.5 之间
5、，主要的反应过程如式（1），（2），（3），当 pH 值上升到10.512 之间，固定氨会从 MgNH4PO4中游离出来，生成更难溶的Mg3(PO4)2（ksp=9.810 -25）。笔者在对无杂质氨氮废水与含杂质氨氮废水进行比较，发现前者 pH 值必须达到 7.0 以上，才会生成沉淀，而后者在 pH 值为 6.3左右时，水中不断出现白色沉淀物，表明氨氮废水有比较大的悬浮颗粒时，沉淀物 MAP 可提前生成。国内外的研究人员对 MAP 除磷脱氮最佳 pH 值进行了研究，结果见表 1。 表 1 不同废水 MAP 除磷脱氮的最佳 pH 值废水类型垃圾渗滤液厌氧污泥上清液城市污水氮肥厂制革废水最佳pH
6、 值8.59.09.09.5 910 9.5 9.0从表 1 可以看出，生成 MAP 沉淀的最佳 pH 值范围 810，由于废水水质不同，造成最佳 pH 值范围有一定的差别。反应 pH 值的调节一般采用以下方法：投加 NaOH一般人们常用 NaOH 来调 pH 值，此方法操作过程简便，但需要耐腐蚀罐装 NaOH 溶液。投加 Mg(OH)2氢氧化镁具有缓冲能力，pH 值最高不超过 9.5，即使氢氧化镁过量也不会严重影响沉淀效果，而且氢氧化镁无毒、无腐蚀，无须专门防腐设备。不足之处，pH 值与投加 n(Mg):n(P)的比例不能互相独立控制。脱气法对厌氧消化污泥上清液生物厌氧反应产生的高浓度 CO
7、2，可用脱气法将 CO2吹出 3以提高 pH 值。Battisioni 6用连续通气方法，将上清液中的 CO2从 3540降到 0.035，pH 值也从 7.9 上升到8.38.6。不过这种方法只能局限于厌氧消化上清液这类含高浓度CO2的废水。2.3 反应时间与晶种Zdybiewska 7对氮肥厂废水进行实验，发现当反应时间为25min 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。Straful 在实验中发现反应时间 1min 时，晶粒长度只有 0.1mm，当反应时间为 60min 时，晶粒长度达 0.8mm，3h后晶粒可达 3mm，虽然氮磷去除率变化不大，但是
8、晶粒越大，沉淀效果越好。Battisioni 在中试试验中，将 0.210.35mm 的石英砂填到 58mm0.42m 的流化床，为 MAP 提供晶种，除磷效率为80。 3 沉淀物组成分析 表 2 是处理社区废水得到的沉淀物 8，可以看出沉淀物中营养元素含量比较高，镁和磷元素均高于理论值，这是因为沉淀物中还有 Ca5(PO4)3OH，Mg(OH) 2，Mg 3(PO4)2 等物质。表 2 还可以看出CODcr 的含量比较小，说明沉淀物 MAP 很少吸收有机物。 表 2 某生活污水生成的 MAP 的组成 组分(MgO)(P 2O5)(N)(Ca)(K)(CODcr)理论值16.4 28.5 5.
9、7 实测值18.1 30.6 4.9 1.6 0.3 0.2澳大利亚 Elisabeth5用这种方法回收厌氧消化污泥上清液中的磷，生成的 MAP 淤泥干燥快，最终产物呈白色细粉末（见表 3）。表 3 厌氧污泥生成的 MAP 的组成 组分 (Mg) (P) (N) (H 2O)理论值 9.9 12.6 5.7 44实测值 9.1 12.4 5.1 39对厌氧消化上清液生成的 MAP 中的重金属的分析结果见表 4，由表 4 可以看出沉淀物 MAP 几乎不吸收重金属。用于农家化肥，不会对庄稼产生危害。周娟贞 9对某催化剂厂提供的转鼓滤液（氨氮质量浓度为7472mg/L）用 MAP 沉淀法处理，对 M
10、AP 沉淀物分析表明，Mg 的质量分数（以 MgO 计）为 18.18，磷的质量分数（以 P2O5计）为 28左右，氮的质量分数（以 N 计）为 4.5。 表 4 MAP 中的重金属污染物成分分析 mg/kg不同 MAP 试样的分析结果组分1 2 3 4(Cd) 4 5.5 4 4(Pb) 5 5 6.9 5.2(Hg) 0.2 0.1 0.1 0.14 MAP 处理成本分析 沉淀 MAP 需要镁盐和磷酸盐，沉淀 1kg 氨氮需要 1.90kg 镁和2.0kg 磷以及少量 NaOH，如果采用 MAP 沉淀法将社区废水中的氨氮从 55mg/L 处理到 20mg/L，总运行费用与硝化反硝化法相当。
11、如果沉淀产物 MAP 作为肥料出售，就可进一步降低成本。 5 存在的困难和发展前景 尽管有很多文章报道用此方法对不同废水所做的研究，并对沉淀物组分进行了分析，表明沉淀物的纯度接近 MAP 的理论值，而且几乎不吸收重金属，但在实际应用上仍有许多问题需要进一步解决：研究显示，当 n(PO43-)/n(NH4+)1 时，可以大幅度提高除磷效率，当 n(PO43-)/n(NH4+)1 时，氨氮去除率较高，如何确定两者最佳比例可以最大限度除磷脱氮，是今后研究的重点；寻找更好的反应条件和反应药剂，提高 MAP 除磷脱氮的效率，使出水 NH4+和 PO43-降到排放标准以下；有机物以及其它杂质对 MAP 除磷脱氮过程的影响机理尚不清楚；MAP 除磷脱氮的经济效益主要取决于沉淀设备的投资和运行费用，当产物在市场上转化为产品，取得一定利润时，该工艺才能推广应用。由于此方法用药剂量大，运行费用高，为了降低费用，可用卤水代替镁盐。由于传统除磷脱氮工艺造成氨的浪费，尤其是磷的流失，而目前，磷矿储存量不够人们开采 100a，所以我们要积极利用MAP 除磷脱氮方法来达到 N，P 元素的回收利用。
