MPA脱氮除磷法

探讨磷酸铵镁对生产废水的处理效果一、实验目的2、掌握污水生化处理中对主要考核的指标：COD、氨氮、总磷、DO、SS、PH等处理的工序的原理；3掌握污水生化处理的一般流程；4、掌握根据不同出水水质指标要求所控制的运行条件及控制方法；5、了解废水处理系统运行的调试、运行、控制方法；6、掌握水处理实验方案的编制要点；7、掌握基本的仪器的正确使用和操作；8、掌握正确的取样方法；9、掌握对实验数据的记录、整理和分析；二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：Mg2+HPO42-+NH4+6H2OMgNH4PO46H2O+H+ （1）Mg2+PO43-+NH4+6H2OMgNH4PO46H2O （2）Mg2+H2PO4-+NH4+6H2OMgNH4PO46H2O+2H+（3）再经重力沉淀或过滤，就得到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。 Mg2+，NH4+，PO43-三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，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（PO43-)=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（PO43-)=1.3:1:1，加入硫酸镁和磷酸氢二钠，氨氮质量浓度可降到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（PO43-)=1:1.6:1，磷、镁去除率达95以上3。Katsuura4认为n(Mg):n(P)为1.3:1时，除磷效果最好。3 实验装置设备与过程（一）N:P:Mg比例对处理效果的影响1、仪器设备 六联搅拌器、氨氮用纳氏试剂光度法测定、PO43-P采用钼锑抗分光光度法测定。2、实验步骤（1） 取一定量污废水，测定其氮磷浓度（2） 取600mL污废水，加入1000mL大烧杯中，至于搅拌器上（3） 调节PH值。滴加5molL的NaOH至PH=10为止（4） 加入沉淀剂添加比例n(Mg)n(N)n(P)111， 1:1.5:1, 1:1:1.5、 1.5：1:1（5） 搅拌反应20min后，静置沉淀，取上清液测氮磷（二）PH对处理效果的影响2、 试验材料1、电子天平2、磁力搅拌器3、比色仪4、电热恒温鼓风干燥箱5、振荡器6、烧杯7、玻璃棒8、PH值测定仪9、100ml量筒10、 NaOH调节溶剂（5mol/L）3、 实验方法取400mg/L的模拟废水进行实验，在实验前，先测定一次Ph值色度、cod和作为基础数据对比。将待测的废水取100ml，放入150ml的烧杯中，置于搅拌器上进行搅拌反应，用PH值测定仪控制反应的PH值，用NAOH调节反应的PH值，分别调整PH到8、9、10、11，分别放入4个烧杯中待投药在每个烧杯中加入固定量的磷酸铵镁沉淀溶剂，待其反应10min待反应结束后静置2h后取上清液分析。分析方法：采用纳氏试剂光度法测定取标准液于比色管中，加至标准线，加入1ml救石酸钾纳溶液，混匀。加1.5ml纳氏试剂，混匀。10min后，在500波长下，放入光度仪测量。cod采用重铬酸钾测定移液管移水样5.00mL于消解罐中，加入5.00mL消解液（重铬酸钾），即时摇匀，再加入5.00mL催化剂（硫酸-硫酸银溶液），摇匀。另做一空白样，加5.00mL蒸馏水，其他照加。放入微波炉消解消解液倒入锥形瓶中，冲洗消解罐3次，加2滴指示剂，用硫酸亚铁铵回滴，颜色由黄经蓝绿至红褐色，即为终点标定硫酸亚铁铵溶液，最后计算COD值。色度使用比色仪测定4、 实验结果分析将每个PH下测定的、COD和色度做成PH，去除率曲线，便可求最佳PH值（3） 反应时间对处理效果的影响二仪器与试剂仪器:3A恒温磁力搅拌器；精密计；分光光度计；电导率仪；电子天平；日本岛津射线衍射仪；型环境扫描电镜，秒表，烧杯，玻璃棒，100mL量筒试剂：、4,均为分析纯。三反应时间的影响在反应温度为，10，（）：（）：（）：，物质浓度为，沉淀剂以固体方式加入，陈化时间为，在不同反应时间的条件下，考查了脱氮除磷效果，由表可以看出各个反应时间的条件下，脱氮除磷效果相差不大。但在反应时间为、得到的沉淀颗粒较小，沉淀的沉降速度很慢，沉淀疏松。而反应时间为及以上。时间时，得到的沉淀颗粒较大，沉淀的沉降速度明显较快，沉淀结实。由，三种离子生成沉淀的反应速率很快，在反应的过程中观察到随着镁盐的加入，立即就能观察到白色浑浊现象，并且反应时间进行到左右后，体系的值就基本保持稳定，说明绝大部分的，都生成沉淀。综合考虑各方面因素，反应时间为比较。表 不同反应时间条件下脱氮除磷效果比较（4） 陈化时间对处理效果的影响沉淀完成后, 让初生的沉淀与母液一起放置一段时间, 这个过程称为“陈化”。在陈化的过程中, 小晶粒逐渐溶解, 大晶粒进一步长大, 因为在同一条件下, 小晶粒的溶解度比大晶粒大。通过陈化来增大沉淀晶粒的粒度, 从而降低沉淀的溶解度, 提高氨氮和磷酸盐的去除率。在反应温度为15, pH=10.0, 氨氮浓度为0.1mol/L, 沉淀剂以固体方式加入, n( Mg) : n( P) :n( N) =1.0: 1.0: 1.0, 反应时间为30 min, 不同陈化时间的条件下, 考查了脱氮除磷效果, 由表6 可以看出,陈化时间为0.33h、0.5h、1h、2h 时, 氨氮和磷酸盐的去除率差别不大, 陈化时间为5h、24h、48h 时, 随着陈化时间的增长, 磷酸盐的去除率有明显的降低, 氨氮的去除率有一定的增大。镜检观察到通过陈化, 沉淀颗粒有明显的增大。这样的结果可能是陈化过程, 磷酸铵镁沉淀晶粒增大, 溶解度减小, 而其他形式的磷酸盐沉淀少部分溶解, 使处理液中残磷量增加, 残氮量减少。所以陈化时间一般选择20min 左右为宜。不同陈化时间脱氮除磷效果比较陈化时间(h磷酸离子去除率残磷量(mg/L)氨离子去除率残氮量(mg/L)0.3399.5914.10 96.4449.80 0.599.5814.38 96.4649.60 199.3721.41 96.7545.46 299.2525.68 97.4435.78 5.597.4287.90 97.8530.17 2496.82108.58 98.5320.57 4896.4612.80 98.7118.00 （五）搅拌速度对处理效果的影响一）.实验仪器：HJ-3A恒温磁力搅拌器（二）实验试剂：（二）实验步骤：2.1.实验方法：精确称取一定量的Na2HPO4.12H2O和NH4Cl加入到盛有一定量蒸馏水的500ml烧杯中，在磁力搅拌器上充分搅拌均匀。精确称取一定量的MgCl2.6H2O,一定方式加入烧杯中，用精密PH计监测溶液PH值，调节搅拌速度为（200r/min），在一定的PH值，(用一定浓度的NaOH和HCI调节PH值)条件反应一定时间，然后静置一定的时间，过滤。沉淀50度C下烘干24h.分许处理液中磷酸盐和氨氮的含量，分析处理液中磷酸盐和氨氮的含量, 分析沉淀物的组成。2.2.不同搅拌速度的影响由以上表可以看出几种搅拌速度条件下所得沉淀物的组成相差不大，搅拌速度为500r/min时的磷和镁含量稍微偏高。可以看出，搅拌速度为50r/min和500r/min所得沉淀物的晶形较差，而搅拌速度为200r/min和300r/min所的沉淀物的晶形较好。根据晶体学相关理论，搅拌速度太大会使二次成核的晶核增多，搅拌速度太小又会造成“局部过浓”现象，也会形成大量的晶核，都会使所得沉淀颗粒度小。可见，选择搅拌速度为200r/min左右下进行为宜。（六）水温对处理效果的影响水温的影响分别探讨反应温度的条件下的处理效果。实验仪器：仪器：恒温磁力搅拌器；精密计；分光光度计；电导率仪；电子天平；日本岛津射线衍射仪；型环境扫描电镜。烧杯。试剂：、都是分析纯。实验步骤：取一定量的废水，加入烧杯中，根据氨氮浓度为0.1mol/L和Mg:P:N=1.0:1.0:1.0,加入一定量的和，在磁力搅拌器上充分搅拌均匀，使反应体系保持在一定温度（10、15、20、25、30、40、50）。精确称取一定量的镁盐加入烧杯中，调节PH值=9.,保持一定搅拌速度为，反应时间为30min,陈华时间为20min，沉淀在下烘干。分析处理液中磷酸盐和氨氮的含量，分析沉淀物的组成。四、组员分工日期工作内容星期一星期二星期三星期四星期五星期六星期天进/出水COD的测定党勇 王向阳进/出水PH的测定吴俊达李海东进/出水SS的测定张燎刘春雨进/出水DO的测定黄树群廖琳进/出水总氮的测定庞力范红军进/出水总磷的测定张晓康刘文文浊度曾勇黄妮卫生五、分析指标序号指标方法标准频率1PHPH仪直接测定GB18918-200272DO溶解氧仪直接测定73总氮纳氏比色法GB18918-200274总磷钼锑抗分光光度法GB18918-200275浊度分光光度法GB/T12151-20057六、控制范围序号指标适用范围一级标准二级标准三级标准A标准B标准1PH一切排污单位696969692DO3总氮一切排污单位5（8）8（15）25（30）-4总磷（以P计）2005年12月31日前建立的11.5352006年1月1日起建设的0.51355浊度SS20SS30mg/l六、实验过程1、小组成员开展讨论，明确分工。2、组员按照明确的分工开始对进水和出水的各项污染指标进行测量及数据的记录。3、各组员将测量好的数据进行汇总、总结并讨论存在的问题。4、认真填写每日的实验记录报告。7、 实验中各仪器的使用方法以及指标的测量方法第一指标 PH值的测定1、 实验目的 (1) 通过实验加深对PH计测定溶液PH值的原理； (2) 掌握PH计测定溶液PH值得方法。2、 实验原理 利用玻璃电极作为指示电机，饱和甘汞电极作为参比电机组成一个电池。在25理想条件下，根据电动势的变化测定PH值。许多PH计上有温度补偿装置，用以校正温度对电极的影响，用于常规水样监测可准确到0.1PH单位，较精密的仪器可准确到0.01PH单位。为了提高测定的准确度，校准一起时选用的标准缓冲溶液的PH值应与水样的PH接近。式中 水样的pH值； 标准缓冲溶液的pH值； 测量水样pH值得工作电池的电极电位； 测量标准缓冲溶剂pH值得工作电池的电极电位； 由式（11-8）可知，25是，溶液的pH值变化1个单位，电池的电极电位改变59.0mV。实际测量中，选用pH值与水样pH值接近的标准缓冲溶液，校正pH计（又称为定位），并保持溶液的温度恒定，以减少由于液接电位、不对称电位及温度等变化而引起的误差，测定水样前，用两种不同pH值得缓冲溶液校正，如用一种pH值得溶液定位后，再测定相差约3个pH单位的另一种缓冲溶液的pH值，误差应在+0.1pH值之内。校正后的pH计，可以直接测定水样或溶液的pH值。3、 仪器和试剂 （1）仪器：标准型号pH计一台 （2）0.05mol/L领苯二甲酸氢钾标准缓冲溶液，0.024mol/L混合磷酸盐缓冲 溶液，以及待测溶液若干。4、 实验内容（1） 按说明书的操作方法操作（2） 电极与塑料杯用水冲洗干净，用标准缓冲溶液洗12次，用滤纸擦干。（3） 用标准溶液校正仪器。（4） 水样或溶液的pH测定。5、 实验准备 将水样与标准溶液调到同一温度，记录测定温度，把仪器补偿旋钮调至该温度处。选用与水样pH值相差不超过2个pH单位的标准溶液校准仪器。从第一个标准溶液中取出两个电极，彻底冲洗，并用滤纸吸干。再浸入第二个标准溶液中，其pH值约与前一个相差3个pH单位。如测定值与第二个标准溶液pH值之差大于0.1pH值时，就要检查仪器、电极或标准溶液是否有问题。当三者均无异常情况时方可测定水样。六、实验步骤（1） 先用水仔细冲洗两个电极，再用水样冲洗；（2） 将电极浸入水样中，小心搅拌或摇动使其均匀，待读数稳定后记录pH值。7、 注意事项 玻璃电极在使用前应在蒸馏水中浸泡24小时以上。用毕，冲洗干净，浸泡在水中。 测定时，玻璃电极的球泡应全部浸入溶液中，使它稍高于甘汞电极的陶瓷芯端，以免搅拌时碰破。玻璃电极的内电极与球泡之间以及甘汞电极的内电极与陶瓷芯之间不可存在气泡，以防断路。 甘汞电极的饱和氯化钾液面必须高于汞体，并应有适量氯化钾晶体存在，以保证氯化钾溶液的饱和。使用前必须先拔掉上孔胶塞。 为防止空气中二氧化碳溶入或水样中二氧化碳逸失，测定前不宜提前打开水样瓶塞。 玻璃电极球泡受污染时，可用稀盐酸溶解无机盐结垢，用丙酮除去油污（但不能用无水乙醇）。按上述方法处理的电极应在水中浸泡一昼夜再使用。注意电极的出厂日期，存放时间过长的电极性能将变劣第二指标 溶解氧测定仪测定步骤溶解氧的固定：用吸液管插入溶解氧瓶的液面下，加入1mL硫酸锰溶液，2mL碱性碘化钾溶液，盖好瓶塞，颠倒混合数次，静置。一般在取样现场固定。打开瓶塞，立即用吸管插入液面下加入2.0mL硫酸。盖好瓶塞，颠倒混合摇匀，至沉淀物全部溶解，放于暗处静置5min。吸取100.00mL上述溶液于250mL锥形瓶中，用硫代硫酸钠标准溶液滴定至溶液呈淡黄色，加入1mL淀粉溶液，继续滴定至蓝色刚好退去，记录硫代硫酸钠溶液用量。第三指标 总氮的测定一、 实验目的（1）.掌握过硫酸钾消解分光光度法测定水中总氮的原理和操作。（2）.学习用过的硫酸钾消解水样的方法。二、总氮测定原理第四指标 总磷的测定一、目的和要求1.1 掌握钼锑钼蓝光度法测定水中总磷的测定方法与原理。1.2 学习用过硫酸钾消解水样的方法。二、实验原理在中性条件下用过硫酸钾（或硝酸高氯酸）使试样消解，将所含磷全部氧化为正磷酸盐。在酸性介质中，正磷酸盐与钼酸铵反应，在锑盐存在下生成磷钼杂多酸后，立即被抗坏血酸还原，生成蓝色的络合物。本标准规定了用过硫酸钾（或硝酸高氯酸）为氧化剂，将未经过滤的水样消解，用钼酸铵分光光度法测定总磷的方法。总磷包括溶解的、颗粒的、有机的和无机磷。本标准适用于地面水、污水和工业废水。取25mL水样，本标准的最低检出浓度为0.01mg/L，测定上限为0.6mg/L。在酸性条件下，砷、铬、硫干扰测定。三、试剂3.1 硫酸，密度为1.84g/mL。3.2 硝酸，密度为1.4g/mL。3.3 高氯酸，优级纯，密度为1.68g/mL。3.4 硫酸（V/V），1+1。3.5 硫酸，约0.5mol/L，将27mL硫酸（3.1）加入到973mL水中。3.6 氢氧化钠溶液，1mol/L，将40g氢氧化钠溶于水并稀释至1000mL。3.7 氢氧化钠溶液，6mol/L，将240g氢氧化钠溶于水并稀释至1000mL。3.8 过硫酸钾溶液，50g/L，将5g过硫酸钾（K2S2O8）溶于水，并稀释至100mL。3.9 抗坏血酸溶液，100g/L，将10g抗坏血酸溶于水中，并稀释至100mL。此溶液贮于棕色的试剂瓶中，在冷处可稳定几周，如不变色可长时间使用。3.10 钼酸盐溶液：将13g钼酸铵(NH4)6MO7O244H2O溶于100mL水中，将0.35g酒石酸锑钾KSbC4HO70.5H2O溶于100mL水中。在不断搅拌下分别把上述钼酸铵溶液、酒石酸梯钾溶液徐徐加到300mL硫酸（3.4）中，混合均匀。此溶液贮存于棕色瓶中，在冷处可保存三个月。3.11 浊度色度补偿液，混合二体积硫酸（3.4）和一体积抗坏血酸（3.9）。使用当天配制。3.12 磷标准贮备溶液，称取0.2197g于110干燥2h在干燥器中放冷的磷酸二氢钾（KH2PO4），用水溶解后转移到1000mL容量瓶中，加入大约800mL水，加5mL硫酸（3.4），然后用水稀释至标线，混匀。1.00mL此标准溶液含50.0磷。本溶液在玻璃瓶中可贮存至少六个月。3.13 磷标准使用溶液，将10.00mL磷标准贮备溶液（3.12）转移至250mL容量瓶中，用水稀释至标线并混匀。1.00mL此标准溶液含2.0磷。使用当天配制。3.14 酚酞溶液，10g/L，将0.5g酚酞溶于50mL95%的乙醇中。四、仪器4.1 医用手提式蒸汽消毒器或一般压力锅(1.11.4kgcm2)。4.2 50mL比色管。4.3 分光光度计。注：所有玻璃器皿均应用稀盐酸或稀硝酸浸泡。五、测定步骤（1）水样的测定1）水样的消解。过硫酸钾消解：吸取25ml均匀水样于50ml具塞刻度管中，加入4mL50g/L过硫酸钾溶液，将刻度管的盖塞紧后，用一小块布和线将玻璃塞扎紧，以免加热时玻璃塞冲出。将刻度管放在大烧杯中置于高压蒸汽消毒器中加热，待压力达0.11MPa，相应温度为120时，保持30min后停止加热。待压力表读数降至零后，取出放冷。然后用水稀释至标线。2） 发色分别向各份消解液中加入1mL100g/L抗坏血酸溶液混匀，30s后加2mL钼酸盐溶液充分混匀。3) 分光光度测量室温下放置15min后，使用光程为10mm或30mm比色皿，在700nm波长下，以水做参比，测定吸光度。扣除空白试验的吸光度后，从工作曲线上查得磷的含量。（注：如显色时室温低于13，可在2030水浴上显色15min即可。）6.2.4 工作曲线的绘制取7支50ml具塞比色管分别加入0.0，0.50，1.00，3.00，5.00，10.0，15.0mL磷酸盐标准使用溶液（2.00ug/ml）。加水至25mL。然后按水样的消解、发色步骤进行处理。以水做参比，测定吸光度。扣除空白试验的吸光度后，和对应的磷的含量绘制工作曲线。六、结果的表示（1）实验数据整理标液体积/ml0.000.501.003.005.0010.0015.00标液中磷的质量/ug吸光值标液水样（2）总磷含量以C(mgL)表示，按下式计算：式中：m试样测得含磷量，；V测定用试样体积，mL。八、思考题总磷测定时，有哪些影响因素？七、实验注意事项1、实验时需了解系统已运行的时间及