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摘要：向氨氮废水中投加磷源和镁源可以形成磷酸铵镁（MAP）沉淀。本实验采用轻烧镁粉作为MAP法的镁源，考察了磷源与镁源配比、反应时间等因素对氨氮去除率的影响，确定了最佳反应条件。实验结果表明：当N、Mg、P物质的量比为1∶8∶1（将轻烧镁粉看作纯氧化镁计算）、反应时间为50 min时，氨氮去除率达到90％。
关键词：轻烧镁粉；氨氮；磷酸铵镁沉淀
0引言
我国高氨氮废水来源广泛，钢化厂、农药化肥厂、焦化厂都会产生大量的高氨氮废水。高氨氮废水不经过处理直接排放到环境中，会造成水体富营养化、鱼类死亡，影响人类的健康。目前，我国仍有很多企业将高氨氮废水不经处理直接排放，造成的环境污染不容忽视。当前对于高氨氮废水产在采用吹脱法、折点加氯法、电化学氧化法等方法进行处理，存在处理效率低，处理后水中氨氮浓度仍然很高，难以实现达标排放的问题[1-3]。此外，这些方法还存在处理成本高的缺点，吨水处理成本一般在40元左右，影响了其推广应用。因此，高效、处理成本低的高氨氮废水处理方法有待于进一步开发。
MAP法处理高氨氮废水是化学沉淀法的一种，虽然处理工艺简单，去除率高，但是处理过程中需要不断添加磷源和镁源，使处理成本居高不下。本研究以轻烧镁这一低品位氧化镁原料为MAP法的镁源，其主要成分为氧化镁，此外还含有少量的碳酸镁，可以在保证处理效果的同时，降低处理成本[4-6]。实验对磷源与镁源配比、反应时间等因素对氨氮去除率的影响进行了探讨。
1实验材料与方法
1.1实验材料
以人工配制的高浓度氯化铵废水为研究对象，采用氯化铵与超纯水配制，其中NH3-N质量浓度为1 000 mg/L、pH值为7.0。实验中所用Na2HPO4和NaH2PO4等药剂均为分析纯。
1.2实验方法
取500 mL的模拟高氨氮废水，按一定物质的量的比投加镁源和磷源。用H2SO4和NaOH调节pH值，改变镁源的配比，在搅拌条件下反应一段时间，静置5 min。用0.45μm水系滤膜过滤，测定滤液中NH3-N和磷含量，取沉淀产物进行分析。
1.3分析方法
NH3-N的测定采用纳氏试剂分光光度法；磷的测定采用钼酸铵分光光度法；pH值的测定采用玻璃电极法。
2结果与讨论
2.1反应时间对处理效果的影响
因为轻烧镁粉在水中的溶解度低，所以相比投加其他镁源的MAP法处理高氨氮废水实验所需要的反应时间更长。在常温下，实验在氮磷物质的量比为1∶1、氮镁物质的量比为1∶9、pH=9.5，以及搅拌的条件下进行，改变反应时间，测得氨氮浓度，得到相应的实验数据。
从实验数据可知，随着反应进行时间的延长，NH3-N去除率逐渐升高，在反应进行到1 h时，出水的氨氮质量浓度为166.9 mg/L，氨氮的去除率为83.3%;在反应时间为2 h时，出水的氨氮质量浓度达到最低，为101.9 mg/L，氨氮的去除率为89.8％。虽然，随着反应的进行，NH3-N去除率逐渐升高，但是当在反应时间到达1 h之后，伴随搅拌，废水中散发出浓烈的氨气味道，经测定反应进行到2 h时，废水pH值上升到11.3，经计算得出氨氮全部以NH3·H2O形式存在时的pH值为11.05，所以可以推断废水中发生了如式（1）、式（2）反应：
如式（1）和式（2）所示，这时氨的去除主要是靠pH值升高变成氨气。所以，反应的时间定在60 min，此时废水的pH值为10.6。
在常温下，实验在氮磷物质的量比为1∶1、氮镁物质的量比为1∶9、pH=9.5，以及搅拌的条件下进行，改变反应时间，测得出水残余磷浓度，可得相应的实验数据。
从实验数据可知，随着反应时间的延长，出水磷浓度逐渐降低；在前20 min内出水磷浓度变化幅度较大，在20 min时出水残余磷质量浓度为167.4 mg/L；在40 min之后出水磷浓度变化趋紧平缓，40 min时出水残余磷质量浓度为121.2 mg/L；120 min时出水残余磷质量浓度为114.6 mg/L。所以，从磷源方面也可以证明，1 h之后氨氮的去除不是通过生成磷酸铵镁沉淀，而是通过生成氨气吹脱去除。
2.2磷源投加量对处理效果的影响
在常温下，实验在氮镁物质的量比为1:9、pH=9.5、反应时间为60 min，以及搅拌的条件下进行，分别取氮磷物质的量比为1:0.9、1:1.0、1:1.1、1:1.2、1:1.3，测得氨氮浓度，可得相应的实验数据。
从实验数据可知，随着磷投放量的增加，出水NH3-N的质量浓度逐渐升高，氨氮的去除率逐渐降低。在理论值氮磷物质的量比为1:1时，出水NH3-N的质量浓度为157.5 mg/L，NH3-N的去除率为84.25％。从理论上而言，此时氨氮去除率应该接近100％。造成实际去除率与理论值有很大差距的原因有：首先，镁源因为不能完全溶解使镁源不足量，所以造成磷源不能完全参加MAP反应而剩余；其次，在MAP主反应发生的同时还有Mg3（PO4）2副反应产物沉淀生成，副反应消耗了部分的磷源。
在常温下，实验在氮和镁物质的量比为1:9、pH值为9.5、反应时间为60 min，以及搅拌的条件下进行，分别取氮磷物质的量比为1:0.9、1:1.0、1:1.1、1:1.2、1:1.3，测得出水磷残浓度，可得相应的实验数据。
从实验数据可知，出水磷浓度随氮磷物质的量之比的降低而降低，随反应时间的延长而降低。当氮磷物质的量比最大为1:0.9，即磷投加量最小，反应进行到60 min时，出水中含有PO34-的质量浓度为65.4 mg/L；当氮磷物质的量比最小为1:1.3，即磷投加量最大时，出水中含有PO34-质量浓度为177.5 mg/L。向废水中增加磷源的投加量，可以提高氨氮的处理效果，但同时出水磷浓度也会随之升高。
2.3轻烧镁粉用量对处理效果的影响
轻烧镁粉有MgO外，还含有其他成分。实验假设轻烧镁粉为纯的MgO进行计算，以氮磷物质的量比为1:1，分别按氮镁物质的量比为1:4～1:9投加轻烧镁粉，在常温下，pH=9.5，反应的时间为1 h，在搅拌的条件下反应，测定出水里NH3-N浓度，可得相应的实验数据。
从实验数据可知，实验条件下增加轻烧镁粉的投加量，NH3-N的去除率也随着升高。当轻烧镁粉与氨氮的物质的量比为1:5时，NH3-N去除率为64.61%,出水氨氮的质量浓度为353.93 mg/L。当氮镁物质的量比达到1:8时，NH3-N去除率达到76.07％，出水NH3-N质量浓度为239.3 mg/L。值得注意的是，计算配比时是按轻烧镁粉为纯MgO进行的，所以实际投加的MgO与氨氮的物质的量比并不到8:1。虽然，当氮镁物质的量比上升为1:9时，NH3-N去除率会更高，但是，投加太多的轻烧镁粉会增加原料成本，并且会导致沉淀量增加，给沉淀处置带来麻烦。
实验假设轻烧镁粉为纯的MgO进行计算，以氮磷物质的量比为1:1，分别按氮镁的物质的量比为1:4～1:9投加轻烧镁粉，在常温下，pH=9.5，反应时间为1 h，在搅拌的条件下反应，测定出水中磷的浓度，可得相应的实验数据。
从实验数据可知，出水磷浓度随氮镁物质的量比降低而降低，随反应时间的延长而降低。当氮镁物质的量比为1:4，即镁的投加量最低，在反应时间为60 min时，出水的PO34-质量浓度为59.4 mg/L，当氮镁物质的量比为1:9，即镁的投加量最高，在反应时间为60 min时，出水的PO34-质量浓度为30.2 mg/L。增加镁源的投加量，从而增大了参加磷酸铵镁沉淀反应镁离子的浓度，从而增大了磷酸根离子的利用率，出水磷浓度自然下降。
3结论
以轻烧镁粉为镁源的MAP法能有效去除废水中的高浓度氨氮。实验过程中，氨氮的去除率基本维持在90％左右。在反应时间为60 min，磷镁物质的量比为1:1，氮镁物质的量比为1:8时，实验达到最佳处理效果，氨氮去除率达92.2％，出水氨氮质量浓度为77.51 mg/L。采用轻烧镁粉为镁源的MAP法处理高氨氮废水的方法处理效果良好。
参考文献
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