（环境工程专业论文）城市污水处理厂污泥处理系统氮磷同时去除工艺技术研究.pdf

桂林理工大学硕士学位论文 摘要 随着我国社会经济的快速发展和城市化进程的加快，城市生产和生活排放污水中的氮、 磷总量不断增加，这给城市污水处理厂的运行带来了严重影响。城市污水处理厂污泥处理 系统( 包括污泥浓缩池的上清液、污泥消化的溢流液和污泥过滤的滤液) 中的废水含有大 量氮、磷，会在适宜条件下会自发形成m a p ( 磷酸铵镁，m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0 ) ，堵塞管道， 损坏设备，影响污水处理厂的正常运行。因此，进行城市污水处理厂污泥处理系统氮磷同 时化学去除研究减少氮、磷的排放具有重大意义。 本研究根据m a p 沉淀法原理，以桂林市北冲污水净化厂污泥离心过滤液和桂林市第 四污水净化厂浓缩池上清液为对象，向其投加含m 9 2 + 药剂，使污水中的氨氮和磷以m a p 的形式沉淀出来，从而达到同时去除废水中氮磷的目的 在大量试验的基础上，通过正交试验和优化条件试验得出该方法去除污泥离心过滤液 中氮磷的最佳条件研究结果表明：m a p 沉淀法去除污泥过滤液中氨氮和总磷的影响因素 主次性为：p h 值、镁磷摩尔比、反应时间，优化反应条件为：p h - - 9 5 ，n ( m g ) ：n ( p ) - - 1 ：1 ， t = 3 0 m i n 。在优化条件下用m a p 法处理该废水，氨氮的去除率达到7 5 以上，总磷的去除 率达到8 5 以上。m a p 沉淀法去除浓缩池上清液中氨氮和总磷的影响因素主次性为：p h 值，镁磷摩尔比，反应时间，优化反应条件为：p h f f i l 0 0 ，n ( m g ) ：n ( p ) f f i l 2 ：1 ，t f 2 0 m i n 。在 优化条件下用m a p 法处理该废水，氨氮的去除率达到3 6 以上，总磷的去除率达到7 8 以上。除了p h 值、镁磷摩尔比、反应时间这三个因素外，废水中的v f a s ( 乙酸) 、s s 浓 度和搅拌速度都会对m a p 沉淀法的去除效果产生影响 不同脱水方式产生的废水的水质不同，导致适用的最佳反应条件和去除效果不同。但 由于m a p 沉淀法从本质上是化学沉淀法一种，推动力为达到平衡时的化学位势( ) 与 废水过饱和时的化学位势( 弘s ) 之差( p ) 。因此两种废水的影响因素主次性相同。 m a p 沉淀法处理废水中氨磷的主要机理包括化学平衡原理、溶度积原理、酸效应、 同离子效应、络合作用和吸附作用等。p h 值对废水中氮磷去除率的影响可以用酸效应来说 明；同离子效应解释了镁磷摩尔比对氮磷去除率的影响；络合作用解释了v f a s ( 乙酸) 对氮磷去除率的影响；吸附作用则解释了s s 对氮磷去除率的影响。 m a p 沉淀法具有工艺简单、反应迅速、去除率高的特点，为去除城市污水处理厂污泥 处理系统废水中氮磷开辟了一条新途径，具有广阔的应用前景。 关键词：城市污水处理厂污泥处理系统m a p 氮磷 桂林理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fo u rs o c i a le c o n o m ya n du r b a n i z a t i o np r o c e s s ，t h ea m o u n to f n i t r o g e na n dp h o s p h o r u si nt h em u n i c i p a lw a s t e w a t e rh a sb e c o m ei n c r e a s i n g l ys e r i o u s ，a n di t g a v er i s et oas e r i e so fs e r i o u se f f e c t so nt h eo p e r a t i o no fm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t p l a n t s t h ew a s t e w a t e rf r o ms l u d g et r e a t m e n ts y s t e mo fm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t c o n t a i n e da m o u n to fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s t h en i t r o g e n ，p h o s p h o r u sa n dm a g n e s i u mi nt h e w a s t e w a t e r w o u l df o r mm a p s p o n t a n e o u s l y( m a g n e s i u m a m m o n i u m p h o s p h a t e ， m g n h 4 p 0 4 。6 h 2 0 ) u n d e ra na p p r o p r i a t ec o n d i t i o n t h em a pw o u l db l o c kt h ef l o wo fw a t e r t h r o u g hp i p e s ，d a m a g et oe q u i p m e n t sa n da f f e c tt h en o r m a lo p e r a t i o no fm u n i c i p a lw a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n t s t h e r e f o r e ，i tw a so fg r e a ti m p o r t a n c et os t u d yt h er e m o v a lo fn i t r o g e na n d p h o s p h o r u ss i m u l t a n e o u s l yu s e dc h e m i c a lp r o c e s s ，r e d u c i n gt h ee m i s s i o n so ft h en i t r o g e na n d p h o s p h o r u s t h i sg r a d u a t i o nt h e s i si sb a s e do nt h ec h e m i c a lp r e c i p i t a t i o nt h e o r y c h e m i c a l sc o n t a i n i n g m 9 2 + i c o nw e r ep u ti n t ot h ef i l t e r i n gm e d i u mo fc e n t r i f u g ef r o mg u i l i nb e i c h o n gm u n i c i p a l w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ，a n ds u p e m a t a n tf r o mc o n c e n t r a t e dt a n kf r o mg u i l i n4 t hm u n i c i p a l w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t t h ec h e m i c a l sm a d en i t r o g e na n dp h o s p h o r u sp r e c i p i t a t i n ga sa f o r mo fm a p , a n dt h e na c h i e v e ds i m u l t a n e o u s l yt h er e m o v a lo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u so f w a s t e w a t e r b a s e do nt h ea m o u n to fe x p e r i m e n t s ，t h es t u d ym a d eu s eo fo r t h o g o n a le x p e r i m e n ta n d s i n g l eo p t i m i z i n ge x p e r i m e n tt og a i nt h eo p t i m u mp r o c e s sp a r a m e t e r s t h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h ef a c t o r sw h i c ha f f e c t e dn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a le f f i c i e n c yo ff i l t e r i n gm e d i u m w e r ei nt h eo r d e ro fp hv a l u e ，m o l a rr a t i oo fm 9 2 + a n dp o 弘，a n dt h er e a c t i o nt i m e n i t r o g e n a n dp h o s p h o r u sc o u l db er e m o v e du n d e rt h eo p t i m a lr e a c t i o nc o n d i t i o n s ：p hv a l u ew a sa t9 5 ， m o l a rr a t i oo fm 9 2 + a n dp 0 4 孓w a sa t1 ：1 ，a n dr e a c t i o nt i m ew a s30 m i n u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ， t h er e m o v a lr a t eo fn i t r o g e nw a so v e r7 5 ，t h er e m o v a lr a t eo fp h o s p h o r u sw a so v e r8 5 t h e f a c t o r sw h i c ha f f e c t e dn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a le f f i c i e n c yo fs u p e r n a t a n tw e r ei nt h e o r d e ro fp hv a l u e ，m o l a rr a t i oo fm 9 2 + a n dp o 3 。，a n dt h er e a c t i o nt i m e n i t r o g e na n d p h o s p h o r u sc o u l db er e m o v e du n d e rt h eo p t i m a lr e a c t i o nc o n d i t i o n s ：p hv a l u ew a sa t1 0 0 ， 桂林理工大学硕士学位论文 m o l a rr a t i oo fm g ”a n dp 0 4 扣w a sa t1 2 ：1 ，a n dr e a c t i o nt i m ew a s2 0 m i n t h e nu n d e rt h e s e c o n d i t i o n s ，t h er e m o v a lr a t eo fn i t r o g e nw a so v e r3 6 ，t h er e m o v a lr a t eo fp h o s p h o r u sw a so v e r 7 8 i na d d i t i o n ，v f a s ( a c e t i ca c i d ) c o n c e n t r a t i o n ，s sc o n c e n t r a t i o na n ds t i r r i n gs p e e di nt h e w a s t e w a t e rw o u l dh a v ea ni m p a c to nt h er e m o v a le f f i c i e n c yo fm a pp r e c i p i t a t i o np r o c e s s t h ed e h y d r a t e dw a y so fw a s t e w a t e rc a u s e dt h eq u a l i t yo fw a s t e w a t e rw e r ed i f f e r e n t t h u s i tl e dt ot h ed i f f e r e n to p t i m a lr e a c t i o nc o n d i t i o n sa n dr e m o v a le f f i c i e n c y m a pp r e c i p i t a t i o n p r o c e s sw a sa ne s s e n t i a l l yc h e m i c a lp r e c i p i t a t i o np r o c e s s a n dt h ei m p e t u sw a st h ed i f f e r e n c e b e t w e e nt h ec h e m i c a lp o t e n t i a lo f w a s t e w a t e ra p p r o a c h i n gb a l a n c e da n dt h ec h e m i c a lp o t e n t i a l o fs u p e r s a t u r a t e dw a s t e w a t e r t h e r e f o r e ，t h ep r i m a r y s e c o n d a r yo fi n f l u e n c i n gf a c t o r sf r o mt w o k i n do f w a s t e w a t e rw e r et h es a m e t h em a i nm e c h a n i s mo fr e m o v i n gn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sb yu s i n gm a pp r e c i p i t a t i o n p r o c e s si n c l u d e dc h e m i c a le q u i l i b r i u mt h e o r y , s o l u b i l i t yp r o d u c tt h e o r y , a c i de f f e c t ，c o m m o n i o ne f f e c t ，c o m p l e xr e a c t i o n ，a d s o r p t i o na n de t c a c i de f f e c tc a nm a k eag o o de x p l a n a t i o nf o r t h ee f f e c to fp hv a l u eo nt h er e m o v a lo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s c o m m o ni o ne f f e c tc a n m a k eag o o de x p l a n a t i o nf o rt h ee f f e c to fm o l a rr a t i oo fm 9 2 + a n dp 0 4 3 。o nt h er e m o v a lo f n i t r o g e na n dp h o s p h o r u s c o m p l e xr e a c t i o nc a nm a k eag o o de x p l a n a t i o nf o rt h ee f f e c to f v f a s ( a c e t i ca c i d ) o nt h er e m o v a lo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s a p a r tf r o mt h e s ee f f e c t s ， a d s o r p t i o nw a sa c c o u n tf o rt h ee f f e c to fs so nt h er e m o v a lo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s t h er e m o v a lo fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sb yu s i n gm a pp r e c i p i t a t i o np r o c e s si san e ww a y t ot r e a tw a s t e w a t e rf r o ms l u d g et r e a t m e n ts y s t e mo fm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tw i t h s i m p l et e c h n o l o g y , f a s tr e a c t i o ns p e e da n dh i g hr e m o v a le f f i c i e n c y t h u s ，i ts h o w sw i d e a p p l i c a t i o np r o s p e c tt ou s ei t k e yw o r d s ：m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n ts l u d g et r e a t m e n ts y s t e m m a p n i t r o g e na n dp h o s p h o r u s m 桂林理工大学硕士学位论文 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关 人员已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者( 签字) ： 签字日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解( 学校) 有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本， 允许论文被查阅和借阅。本人授权( 学校) 可以将学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文 收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息 服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：槊压、 签字日期：止呷年月，7 日 导师签字：螂丈 特嗍：哆彦，? 夕日 勉 桂林理工大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景及课题来源 随着我国社会经济的快速发展和城市化进程的加快，城市人口的日 益增加，导致城市生产和生活排污日益增加，污水处理厂建设滞后于城 市的发展速度，大量城市污水进入河流、湖泊等水体，致使这些水体的 严重污染、城市水资源紧张，并对饮用水卫生和食品安全构成了巨大威 胁【l 】。我国有超过4 0 0 座的城市缺水，其中6 0 7 0 的缺水状况是由 水污染造成的【2 1 。据 9 0 ，p h 值应不低于8 9 6 ，可选9 3 9 4 作为最佳的p h 值范围。 陈瑶【5 l 】用长沙市某污水处理厂厌氧段末端上清液做为试验水样，其 氨氮浓度为10 6 1m g l ，磷酸根浓度37 2 m g l 。试验结果表明，用m a p 沉淀法去除水中氨氮和磷时，以n a h p o l2 h 2 0 和m g s 0 4 7 h 2 0 为沉淀 剂，p h = 9 5 ，n ：p = 1 1 ，m g ：p = 1 3 ，搅拌速度l0 0 r m i n ，反应时间10 m i n 时，氨氮的去除率可达8 8 ，总磷的去除率可达9 8 。 佟娟等 s 2 】用m a p 沉淀法去除城市污水处理厂剩余污泥的水解酸 化液中的氮磷。试验结果表明，在p h = 10 m g ：p = 1 18 ：1 ，搅拌10m i n 时，该方法对正磷的去除率可达9 2 15 ，总磷的去除率达8 3 18 ，氨 氮的去除率达到l2 13 。 潘玉婷等 5 3 】用m a p 沉淀法去除北京高碑店污水处理厂经厌氧消 化后污泥脱水工艺的污泥脱水液时发现，p h 值在8 5 以上，镁磷摩尔 比大于1 ：l 时，污水中磷酸盐的去除率可以到达8 5 以上。郝凌云等p 4 j 用m a p 沉淀法去除郑州市某污水处理厂污泥脱水上清液时发现，p h 值 为10 时，污水中磷的去除率可以达到8 0 以上。 1 3 2 工业废水 垃圾填埋场渗滤液、焦化废水、煤气水、畜禽养殖废水等均含有高 浓度的氨氮，难以直接进行生物处理，通常需要预先采用物化法( 如吹 脱法) 进行处理。吹脱法要求p h 高达l0 以上，且效率不高( 不超过5 0 ) ， 易造成二次污染。若用m a p 沉淀法处理，对p h 值的要求可比吹脱法 降低，但效率相对较高。 1 3 2 1 垃圾渗滤液 赵庆良等 5 5 】用m a p 沉淀法去除香港新界西卫生填埋场的垃圾渗 滤液。结果表明，当垃圾渗滤液中投加m g c l 2 6 h 2 0 和n a 2 h p 0 4 12 h 2 0 而使n ( m 9 2 + ) ：n ( n h 4 + ) ：n ( p 0 4 “) - - 1 ：l ：1 ，在最佳p h 为8 5 - 9 0 的条件下原 垃圾液中的n h 4 + n 可由5618 m g l 降低到6 5 m g l ，去除率达到9 8 8 4 。 尚爱安等【5 6 】用研究了m a p 沉淀法去除上海市老港填埋场渗滤液 中氨氮、c o d 以及难降解有机物的效果。试验结果表明，在投加药剂 1 5 桂林理工大学硕士学位论文 m g ：n ：p 摩尔比为l ：1 ：0 7 ，p h 值为9 9 5 的条件下，垃圾渗滤液氨氮 的去除率在7 0 左右，c o d 的去除率为1o 2 0 ，而难降解有机物的 去除率达到了4 0 5o ( 以u v 2 6 0 表征) 。并且经m a p 法处理后垃圾渗 滤液的可生化性也得到了一定的改善，u v 2 6 0 c o d 值从9 1 10 q 降低 到( 6 1 6 5 ) l0 一。 李亚峰等【5 7 】用m a p 沉淀法对絮凝后的沈阳市老虎冲垃圾填埋场 垃圾渗滤液进行处理。试验结果表明，然后对经过沉淀的上清液调节其 p h 值为8 5 ，按m g ”、n h 4 + 和p 0 4 3 + 物质的量之比为1 ：1 ：1 投加沉淀剂， 静置沉淀。结果表明，该方法对垃圾渗滤液的c o d c ，和氨氮的去除率 分别达到52 5 和81 以上 张道斌等【5 8 】用m a p 沉淀法去除某垃圾场垃圾渗滤液中的氨氮。结 果表明，在p h 值为9 0 ，反应时间为2 5 m i n ，采用分步沉淀工艺，当药 剂配比为：n ( n ) ：n ( m g ) ：n ( p ) = 1 5 ：1 ：1 5 时，垃圾渗滤液中n h 3 n ，沉淀 降低到2 8 5 4m g l ，去除率达9 8 10 。 王汉道等 5 9 】用m a p 沉淀法对广东某环保发电厂经混凝生化处理 后的垃圾渗滤液进行深度处理。试验结果表明，m a p 在渗滤液p h 值为 1o 5 ，n ( m g ) ：n ( p ) ：n ( n ) = 1 8 ：1 6 ：1 的条件下沉淀效果较好，出水氨氮小 于2 5 m g l 。 贾玉鹤等 6 0 】用m a p 沉淀法去除垃圾渗滤液中氨氮。试验结果表 明，在n ( m g ) ：n ( n ) ：n ( p ) = l ：l ：，p h = 9 5 条件下，投加m g o 和磷酸氢 二钠作为药剂来处理垃圾渗滤液，可以获得较高的氨氮去除率。 裴红洋等【6 l 】用m a p 沉淀法对苏州某垃圾填埋场的垃圾渗滤液进 行前处理。试验结果表明，当反应p h 值在8 5 11 0 ，n ( m 9 2 + ) ：n ( n h 4 + ) ： n ( p 0 4 3 - ) = l ：l ；1 时，氨氮的去除率为91 5 9 7 0 ；控制反应p h 值为 9 5 ，n ( m 9 2 + ) ：n ( ( n h 4 + ) ：n ( p 0 4 3 - ) = 1 2 5 ：1 ：1 1 ，氨氮的去除率可达 9 7 7 ，同时对c o d 去除率达到6 5 9 ，渗滤液u v 2 6 0 c o d 从8 7 10 4 降至6 3 10 一，可生化性有了较大的改善。 1 3 2 2 焦化废水 蒋京东等 6 2 】用m a p 沉淀法对苏州某钢铁厂焦化废水进行前处理。 试验结果表明，控制反应p h 值为9 0 ，n ( m 9 2 + ) ：n ( n h 4 + ) ：n ( p 0 4 n ) = 1 2 5 ： l ：1 1 ，反应时间l5 m i n ，氨氮去除率可达到9 8 以上；同时，对c o d 去除率达到33 8 。 黄稳水等 6 3 】用m a p 沉淀法处理某石化公司的焦化废水。试验结果 表明，最佳反应条件控制在p h = 9 5 ，n ( p ) ：n ( n ) = 1 0 4 ，n ( m g ) ：n ( n ) = 1 5 ， 1 6 桂林理工大学硕士学位论文 t = l0 m i n ，转速为l0 0 r m i n 时，废水中的氨氮去除率达到9 5 以上，废 水中残留氨氮浓度为2 0 m g l - - 3 0 m g l ，余磷量小于6 m g l 。 刘小澜等【6 4 】用m a p 沉淀法处理某焦化厂剩余氨水。试验结果表 明，当在剩余氨水中投加m g c l 2 6 h 2 0 和n a 2 h p 0 4 12 h 2 0 药剂， m 9 2 + ：n h 4 + ：p 0 43 的摩尔比为1 4 ：1 ：o 9 ，反应p h 值为8 5 9 5 的条件下， 原水的氨氮浓度可由2 0 0 0m g l 降到15m g l ，去除率达到9 2 5 。 晏波等 6 5 】应用m a p 沉淀法处理焦化废水中n h 3 n 。试验结果表明， 通过正交试验确定影响磷酸铵镁沉淀反应的因素依次为：p h 值， n ( p 0 43 。) ：n ( n h 4 + ) ，n ( m 9 2 + ) ：n ( n h 4 + ) 和反应时间；最优反应条件分别为 p h = 8 ，n ( m 9 2 + ) ：n ( p 0 4 弘) ：n ( n h 4 + ) = 1 4 ：1 2 ：1 ，反应时间10 m i n ，对焦化 废水中n h 3 n 的处理，最高去除率分别达到7 3 6 3 。 1 3 2 3 煤气废水 陈连龙等f 6 6 1 采用m a p 沉淀法处理煤气废水中的氨氮。试验结果表 明，使用沉淀剂为m g c l ：6 h 2 0 + n a 2 h p 0 4 6 h 2 0 时，当投药摩尔比 n ( m 9 2 + ) ：n ( n h 4 + ) ：n ( p 0 4 3 - ) = 1 2 ：1 ：1 ，p h 值为9 5 时，废水中氨氮的去除 率达到87 4 ，c o d 的去除率为4 5 6 。 张文华等【6 7 1 采用m a p 沉淀法处理生物质煤气废水中的氨氮。试验 结果表明，使用沉淀剂组合为m g c l 2 + n a 3 p 0 4 l2 h 2 0 时，当n ( m 9 2 + ) ： n ( n h 4 + ) ：n ( p 0 4 弘) = 1 ：1 ：l 、p h 值为10 0 、温度30 、搅拌时间30r a i n 时，废水中的氨氮质量浓度从处理前的2 2 2m g l 降到17m g l ，去除 率为9 2 3 。 1 3 2 4 其它废水 t t t n a y 等( 6 s 】以制革废水为试验对象，在p h 值为8 9 的条件下，采 用m a p 沉淀法除氨氮可使n h 4 + 去除率高达7 5 以上。 刘大钧等 6 9 】应用m a p 沉淀法采用化学沉淀法对稀土精矿分解废水 进行预处理，试验结果表明，当p h 值为9 0 、n ( m 9 2 + ) ：n ( n h 4 + ) ：n ( p 0 4 扣) = 3 5 ：l ：1 5 时，废水中n h 3 n 的质量浓度由837 0 m g l 降为14 2 0 m g l ， 去除率为8 3 。 汤琪等 t o 】应用m a p 沉淀法综合处理磷酸盐工业废水。试验结果表 明，实验得出只加m g s 0 4 7 h 2 0 处理磷酸盐质量浓度为1 8 0 4 4 8m g l 的磷酸盐工业废水时的较佳实验条件为：搅拌速度2 0 0r m i n 左右，反 1 7 桂林理工大学硕士学位论文 应时间2 0r a i n ，p h = 9 5 ，n ( m g ) ：n ( p ) ：n ( n ) - - 1 5 ：1 2 ：1 0 。在陈化时间为 3 0r a i n 以及上述实验条件下，磷酸盐的去除率为9 9 53 ，处理液中的 残磷质量浓度为6 7 9m g l ，氨氮的去除率为8 7 5 6 ，残氮质量浓度为 7 6 12m g l 。 许金花等 t t l 用m a p 沉淀法去除氧化铁红废水中高浓度的氨氮。试 验结果表明，p h 值对处理效果影响最大。在最优条件下，即p h 值为 l0 ，按镁、氮、磷物质的量比为1 1 ：1 0 ：1 3 投加药品，搅拌反应1o m i n ， 氧化铁红废水中氨氮质量浓度可由417 5 m g l 降到1 9 m g l ，去除率 高达9 9 5 。 1 4m a p 沉淀法的基本原理及其研究进展 1 4 1磷酸铵镁的性质 磷酸铵镁( m a g n e s i u ma m m o n i u mp h o s p h a t e ，m a p ) ，英文名为 s t r u v i t e ，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，分子式为m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0 。m a p 的相对密 度为1 71i 7 2 】，溶度积常数为4 36 x10 - 1 0 5 0 5 10 - 14 ，不溶于水和醇， 易溶于酸。 1 4 2基本原理 m a p 沉淀法属于化学沉淀法的一种。化学沉淀法是指向溶液投加 某种化学药剂，使之与溶液中的某些离子发生直接的化学反应，生成难 溶性的固体物质( 沉淀物) ，然后进行固液分离，从而除去或者回收该物 质的一种处理方法。 m a p 沉淀法是向含有n h 4 + 和p 0 4 3 - 废水中投加m 9 2 + ，使之生成难 溶性复盐m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0 ，从而去除废水中的氨氮和磷 7 3 】。该方法的 优点是反应速度快，受温度影响小，可处理高浓度的含氨、磷废水，运 行操作简单【74 1 。 当其中m 9 2 + 、n h 4 + 和p 0 4 3 的离子浓度积大于m a p 的溶度积常数 而处于过饱和状态时，会自发沉淀生成m a p ，其形成过程可以用以下 三个化学方程式来描述： m 9 2 + + p 0 4 3 - + n h 4 + + 6 h 2 0 毒m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0 ( 1 1 ) m g ”+ h p 0 4 2 - + n h 4 + + 6 h 2 0 # m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0 + h + ( 1 2 ) 1 8 桂林理工大学硕士学位论文 m 9 2 + + h 2 p 0 4 + n h 4 + + 6 h 2 0 m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0 + 2 h +( 1 3 ) 其它副反应包括【4 3 】： 3 c a ”+ 2 p 0 4 3 - + x h 2 0 c a 3 ( p 0 4 ) 2 x h 2 0( 1 4 ) c a ”+ c 0 3 2 - 害c a c 0 3( 1 - 5 ) m 9 2 + + c 0 3 2 m g c 0 3 ( 1 6 ) m a p 在水中的溶解度主要取决于物质和溶剂的本性，也与盐效应、 同离子效应等有关。 在一定温度下，难溶化合物a m b 的饱和溶液中，其沉淀一溶解平 衡遵循l ec h a t e l i e r 平衡移动原理【75 1 。 对于难溶电解质的多相离子平衡： 4 吃n i l 肿( a q ) + m b ”( 口g ) ( 1 - 7 ) j 乙= 【c ( 彳_ + ) 】“【c ”) r ( 1 - 8 ) 式中：k ，p 称为难溶电解质的离子积。 根据l ec h a t e l i e r 原理，可得出如下规律： ( 1 ) k ，p 群时，平衡向左移动，沉淀从溶液中析出； ( 2 ) k ，p = 磋时，处于平衡状态，溶液为饱和溶液； ( 3 ) k ，p k 。p ( m a p ) ，从而促使 m a p 在水中沉淀，以达到同时去除氮磷的效果。 1 4 3工艺技术及其影响因素研究现状 1 4 3 1ph 值的影响 污水的p h 值对m a p 沉淀法去除氮磷的效果影响很大。从图1 1 5 可以看出，当污水的p h 7 时，溶液中h p 0 4 2 。电离占主导优 势，这促使反应平衡向有利于m a p 生成的方向移动。当污水的p h 9 5 时，污水中的铵离子逐渐变成气态氨挥发。因此，在适宜的p h 值条件 下，m a p 沉淀所需的各种离子的活度积超过相应的溶度积，沉淀才能 1 9 桂林理工大学硕士学位论文 发生【7 6 ，7 7 1 。p h 值不仅影响m a p 的生成量，也影响m a p 的成分。如果 平衡时的p h 值高于10 ，沉淀的主要成分为m 9 3 ( p 0 4 ) 2 ；如果平衡时的 p h 高于1 l ，沉淀的主要成分变为m g ( o h ) 2 。可见，选择合适的p h 值 对m a p 法脱氮除磷起着至关重要的作用。在污水脱氮除磷中，一般将 p h 值调节至8 10 之间。 l o o 9 o 8 o 7 d 献0 6 镰0 5 茎o 4 0 3 o 2 o 1 o 图1 15 磷酸溶液中各种存在形式的分布系数与溶液p h 值的关系曲线1 fig ur e1 15t h e c u rv eb etw o e np hv alu oa n dth edistrib u tio i l c o e f ficie nt0 fp h osp h orica eidins o1uti0 1 1 r e n s b u r g 等 7 9 1 在批次实验中用n a o h 溶液提高污水p h 值，m a p 沉淀 速率很快。由此得出结论，m a p 的沉淀基本不受沉淀动力学限制，而主 要受最终的p h 值和初始m 9 2 + 浓度的限制。如果从厌氧消化池流出的消 化液是处于m a p 的非饱和状态，那么只有当p h 值高于7 3 时，m a p 才开 始沉淀，如果p h 值能够保持控制在7 3 以下，那将不会有m a p 沉淀析出。 s t r a t f u l 等 s o 】研究发现，p h 值为7 0 时，在m 9 2 + 、n h 4 + 和p 0 4 3 的初始浓 度分别为18 7m g l ，2 6 6m g l 和7 4 2 m g l ( 摩尔比为1 ：1 9 ：1 ) 的条件下， 没有m a p 生成。p h 值升至7 5 时，也只有少量m a p 生成，p h 值提高到8 5 后，m 9 2 + 去除率可达9 2 。 b a t t i s t o n i 等【8 1 】处理污泥消化液时，运用曝气法提高p h 值，不需要 添加额外的钙镁盐，就可以产生m a p 沉淀。s t r a t f u l 等 8 0 】运用批次实验 研究了物理和化学参数对m a p 结晶的影响，结果发现，m a p 沉淀法有 效去除溶液中氮磷要求其p h 值至少为8 5 。潘玉婷等 5 3 】用m a p 沉淀法去 除北京高碑店污水处理厂经厌氧消化后污泥脱水工艺的污泥脱水液时 发现，p h 值在8 5 以上时，污水中磷酸盐的去除率可以到达85 以上。 桂林理工大学硕士学位论文 郝凌云等 5 4 】用m a p 沉淀法去除郑州市某污水处理厂污泥脱水上清液时 发现，p h 值为l0 时，污水中磷的去除率可以达到8 0 以上。 n e l s o n 等 8 2 】用m a p 沉淀法去除养猪场废水中的高浓度氮磷，发现 p h 值在8 9 9 2 5 的时候出现最小的磷酸盐浓度，出水中磷酸盐浓度可 以降到2 m g l , 在p h 值为9 0 和n ( m g ) ：n ( p ) 比为1 2 ：i 时，在2 9r a i n 内磷酸 盐去除率为8 5 。刘小澜等【“】采用m a p 沉淀法处理焦化废水时发现， p h 值为9 o 左右时，氨氮去除率可达9 8 以上。也有研究表明形成m a p 沉淀的最佳p h 值为8 91 。王玉萍等 s 3 】用m g ( o h ) 2 和h 3 p 0 4 做沉淀剂，在 p h 值为9 11 时除氮效率可达9 5 。 1 4 3 2 投加物质配比 根据同离子效应，溶液中一种溶液的浓度较高，容易达到饱和状态 而发生沉淀，因此n ( m g ) ：n ( n ) ：n ( p ) 值的不同也会影响中污水的去除率。 表观上看，m a p 生成的各组分理论物质的量比n ( m g ) ：n ( n h ) ：n ( p ) 应为 l ：l ：i 。但在实际中，磷酸盐在溶液中有很多种存在形式，镁离子也有 几种其他存在形式。在试验中，研究者发现最好的配比并不完全是 l ：1 ：1 。根据沉淀反应的溶度积规则，为了使磷酸盐和氨氮的去除率提 高，在溶液中的残留量尽量少，可以考虑加入过量镁离子；但镁离子的 用量不是越高越好，过高的药剂不仅会造成药剂的浪费，也会增大处理 污水的总硬度，影响出水水质。q u i n t a n a 等【3 2 ，8 4 】研究用纯m g o 或b m p ( b y - p r o d u c eo ft h em a g n e s i t ec a l c i n a t i o np r o c e s s ) 处理厌氧消化污泥 滤液，试验表明，无论选择哪一种药剂，在各自的最佳p h 值下，n ( m g ) ：n ( p ) 均大于i ：1 。选择m g o 为药剂时，最佳配比为n ( m g ) ：n ( p ) = 1 5 ：1 ：选择b m p 为药剂时，最佳配比为n ( m g ) ：n ( p ) = 3 6 ：l 。y o s h i n o 等【8 5 】研究用m g o 去除 厌氧消化上清液中的磷。试验表明，在p h = 8 5 ，反应时间为4 m i n 时， 最佳配比为n ( m g ) ：n ( p ) = 1 1 ：l ，磷的去除率达到9 2 。c h i m e n o s 等【8 6 】 研究用m a p 沉淀法去除废水中氮、磷。试验研究表明，在p h 8 时，在 n ( m g ) ：n ( p ) - 0 2 5 ：l 1 1 ：1 的范围内，氮、磷的去除率随着镁离子投加 量的增大而增大。 o h l i n g e r 等【3 1j 通过在流化床反应器中投加镁盐去除消化液中氮、 磷，在p h 值为7 5 9 5 时，镁磷摩尔比为1 ：1 1 6 ：1 时，上清液中的磷 酸盐去除率达到9 6 ，同时对氨氮也有很好的去除效果。m i l e s 等【8 7 】研 2 1 桂林理工大学硕士学位论文 究厌氧废水中氨氮和磷酸盐的去除，在p h 值范围为9 0 9 5 时，最佳配 比为n ( m g ) ：n ( n ) ：n ( p ) - - 1 2 5 ：1 ：l 。l e e 等【髓】研究用盐卤处理废水中的氨氮 和磷酸盐，得出在p h 值为9 6 时，适宜的配比为n ( m g ) ：n ( n ) ：n ( p ) = 1 6 ：0 6 ： 1 0 。陈瑶【5 lj 用m p a 沉淀法去除长沙市某污水处理厂厌氧段末端上清液 中氮磷，其试验结果表明，在p h = 9 5 ，搅拌速度10 0 r m i n ，反应时间1o m i n 时，最佳配比为n ( m g ) ：n ( n ) ：n ( p ) = 1 3 ：1 1 ：1 ，此条件下，氨氮的去除率 可达88 ，总磷的去除率可达9 8 。佟娟等【5 2 】用m a p 沉淀法去除城市 污水处理厂剩余污泥的水解酸化液中的氮磷。试验结果表明，在p h = 1