MAP 法处理化肥厂高浓度氨氮废水试验研究
摘要：介绍了MAP（磷酸铵镁）法处理高浓度氨氮废水的技术，研究了药剂配比、反应pH 值对氨氮去除率的影 响。试验结果表明，当在氨氮废水中投加MgCl2 ·6H2O 和Na3PO4 ·12H2O 药剂，Mg2 + : PO4 3 - : NH4 + 摩尔配比为1 . 5 : 0 .9 : 1，反应pH 值为8 .5 ～ 9 .5 的条件下，原水的氨氮浓度可由2000 mg / L 降到15 mg / L，去除率达95%以上。
关键词：MAP（磷酸铵镁）氮肥废水氨氮废水处理
0 概述
MAP（Magnesium Ammonium Phosphate）化学沉淀法［1］的基 本原理是向含氨氮的废水中添加镁盐和磷酸盐，反应生成 MAP（磷酸铵镁）。产物的化学分子式是MgNH4PO4 ·6H2O，俗 称鸟粪石。研究表明，MAP 法可以有效地去除化肥厂废水中 的高氨氮。本试验介绍了向氮肥废水中投加含Mg2 + 和 PO4 3 - 离子的药剂反应的试验过程，为氮肥废水高浓度氨氮 的预处理问题提供了一种可行的方法。
1 试验过程和机理
1 .1 废水来源与性质
试验用废水取自某化肥厂废水，原水氨氮浓度为2000 mg / L，pH 值为9 .0（pH 数字测定仪测得）。
1 .2 试验用仪器、药品及流程
试验仪器为1 000 ml 烧杯、可加热磁力搅拌器和pH数字测定仪。试验药剂为分析纯MgCl2 ·6H2O、Na3PO4 ·12H2O。 药剂按一定配比和顺序加入废水样，反应20min。反应完后 通过重力沉降将固液分离，测定上清液中剩余氨氮、总磷的 浓度。分析方法均采用国家标准分析法。
1 .3 反应机理
向氨氮废水中投加磷酸盐和镁盐，发生的主要化学反应如下：
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由反应式（2）、（3）可知，试验过程中水样的pH 值不断下降，滴加NaOH 溶液可促进（2）、（3）式向正反应方向进行。
2 试验结果和讨论
2.1 反应pH 值和氨氮去除率的影响
MAP 是碱性盐，在碱性条件下溶解度随pH 值的升高而降 低。当溶液pH 值> 9.5 时，溶液中氨离子变成气态氨挥发。同 时，溶液中的Mg2 + 与OH- 生成Mg（OH）2 沉淀，当溶液pH 值> 11 时，还将生成溶解度更低的Mg（PO4 ）3 沉淀。当溶液pH 值< 7 时，溶液中的PO4 3 - 浓度低，不利于反应（1）式的进行。因此，控 制反应pH 值在7.5 ～ 10 之间，讨论对氨氮去除率的影响。
试验按顺序投加药剂后，水样的pH 值从原来的9.0 降到7 左右，图1 显示了随磷酸盐投加的摩尔比增加，水样pH 值的变 化。此时上清液的氨氮浓度为750 mg / L，控制Mg2 + : NH4 + : PO4 3 - 的比例为1.5:1:0.9，用NaOH 溶液调节水样pH 值，测定不 同数值下的氨氮浓度。由表1 当pH 值在9.0 左右时，氨氮的去 除率可达98%，残磷量控制在5 mg / L 左右。
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| 图1 加药后水样的pH 值的变化 |
| 表1 pH 值对氨氮去除率及残磷量的影响 |
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2.2 药剂配比对氨氮去除率的影响
由反应（1）式可知，生成MgNH4PO4 ·6H2O，理论上Mg2 + : NH4 + :PO4 3 - 的摩尔比应为1:1:1。根据同离子效应，增大Mg2 + 、 PO4 3 - 的配比，可促进（1）式充分进行而提高氨氮的去除率。但 经研究以及试验表明，若NH4 + : PO4 3 - 的摩尔配比< 1，虽然在一 定程度上提高了氨氮的去除率，但反应后的残磷量却高达几百 mg / L，带来了新的污染。
因此，为确保试验效果并避免产生二次污染，根据反应动力 学原理，在降低磷酸盐投加比例的同时增加镁盐的投加量。
首先固定Mg2 + :NH4 + 的摩尔比为1.5:1，改变磷酸盐的投加 量，研究氨氮去除率的变化，试验结果如表2 所示。试验药剂为 MgCl2 ·6H2O、Na3PO4 ·12H2O，反应的pH 值控制在9.0。
| 表2 改变磷酸盐投加比例对废水氨氮去除率及残磷量的影响 |
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由表2 知，当磷酸盐配比为0.8 和0.9 时，氨氮的去除率分 别为96.25%和99.25%，出水的氨氮浓度分别为75 mg / L 和15 mg / L，残磷量分别为9.2 mg / L 和19.8 mg / L。
固定PO4 3 - :NH4 + 的摩尔比为0.9:1，改变镁盐的投加量，控 制反应的pH 值在9.0。研究改变镁盐的投加量对去除氨氮的影 响。试验结果如表3 所示。
试验结果表明，增加镁盐的投加量，能有效地提高氨氮的去 除率。当镁盐的投加比例为1.5 时，废水的氨氮浓度可以降到 100 mg / L 以下。
| 表3 镁盐投加量与剩余氨氮、残磷量的比较 |
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3 沉淀物分析
由反应式以及试验结果可知，反应产物的化学分子式为 MgNH4PO4 ·6H2O，纯晶体呈白色晶体粉末状，比重是1.7，溶于酸， 不溶于碱。MgNH4PO4 ·6H2O 分子量为245，理论上每处理1 kg 氨 氮，需要1.71 kg 镁、2.21 kg 磷，以及一定量的NaOH 溶液，同时 可以生成17.5 kgMAP 沉淀，由于磷酸氨镁含有植物生长所需的 N、P、Mg 营养元素，且其养分比其他可溶肥的释放速率慢，肥料 利用率高，可作缓释肥使用，不会出现灼烧情况。国外研究资料 显示，MAP 的理论价格为198 ～ 330 美元/ 吨，开发MAP 作缓释肥 有较高的经济价值，同时还可以降低高浓度氨氮废水的处理费 用。
4 结论
（1）本文研究的是化肥厂氮肥废水，氨氮浓度高达2 000 mg / L，用一般的生物法难以降解，且高浓度氨氮的废水还会直接影 响生物装置的正常运行［4］。应用本文作者所研究的化学沉淀法 生成MgNH4PO4 ·6H2O 沉淀，废水中氨氮的去除率高达95%以上， 达到预处理目的，为后续生化处理奠定了基础。
（2）研究表明，当采用MgCl2 ·6H2O、Na3PO4 ·12H2O 处理该废 水，Mg2 + :NH4 + :PO4 3 - 的摩尔比为1.5:1:0.9，pH 值在9.0 左右， 原水中的氨氮浓度可由2 000 mg / L 降到15 mg / L，而残磷量低于 20 mg / L。
（3）生成的磷酸氨镁沉淀物溶解、释放速度慢，农作物利用 率高，对环境污染小，是一种很有价值的缓释肥，肥料的开发利 用可以大大降低废水处理费用，具有较高的经济价值。
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