MAP處理垃圾滲濾液中氨氮的研究*

沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院 傅金祥 張榮新 陳 春

MAP處理垃圾滲濾液中氨氮的研究*

沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院 傅金祥 張榮新 陳 春

垃圾滲濾液為一種高濃度有機(jī)廢水，由于垃圾滲濾液中含有大量的氨態(tài)氮導(dǎo)致水中的C/N嚴(yán)重失衡，使常規(guī)生化處理工藝對(duì)滲濾液的處理難以達(dá)到良好的效果。目前，實(shí)際工程中常用吹脫法去除滲濾液中的氨氮，但吹脫法存在尾氣回收，“二次污染”的問(wèn)題。化學(xué)沉淀法作為廢水脫氮技術(shù)近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外受到廣泛重視。故本實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)研究以磷酸氨鎂結(jié)晶法為代表的化學(xué)沉淀法對(duì)垃圾滲濾液中氨氮的去除效果和運(yùn)行條件，尋找新的可行的去除垃圾滲濾液的途徑，為實(shí)際工程應(yīng)用提供一定的參考價(jià)值和依據(jù)。

一、實(shí)驗(yàn)原理

水中的鎂離子（Mg+）和磷酸根離子（PO4-）與氨根離子（NH4+）相結(jié)合，產(chǎn)生磷酸氨鎂結(jié)晶沉淀，從而達(dá)到去除滲濾液中氨氮的目的。具體反應(yīng)方程式如下：

如反應(yīng)式所示，滲濾液中得氨根離子以沉淀的形式排出，同時(shí)滲濾液中普遍缺少磷元素，而反應(yīng)后剩余的磷酸根離子為后續(xù)的生化法處理提供了部分磷源，有利于后續(xù)處理。收集的MAP結(jié)晶可用于做肥料、化學(xué)試劑、阻火劑等。

二、實(shí)驗(yàn)方案

1.實(shí)驗(yàn)器材和試劑。器材：四聯(lián)攪拌器、可見(jiàn)分光光度計(jì)，25L有機(jī)玻璃柱（直徑150mm），JJ-1精密增力電動(dòng)攪拌器。試劑：MgCl2.6H2O、KH2PO4.2H2O、NaOH。

2.測(cè)定方法。氨氮采用鈉氏試劑比色法（GB7479-87）。

3.實(shí)驗(yàn)方法和步驟。實(shí)驗(yàn)將500ml裝有垃圾滲濾液的燒杯分置于4聯(lián)攪拌器上，用5mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)滲濾液得PH值，向滲濾液中投加MgCl2.6H2O、KH2PO4.2H2O，待其充分溶解后進(jìn)行慢速攪拌，攪拌速度為150r/min，經(jīng)一定反應(yīng)時(shí)間，停止攪拌，靜沉后取上清液測(cè)定其氨氮濃度。

4.實(shí)驗(yàn)水質(zhì)。實(shí)驗(yàn)用水取自沈陽(yáng)市老虎沖垃圾填埋場(chǎng)，水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 垃圾滲濾液水質(zhì)情況

如表1所示，滲濾液中氨氮濃度較高，對(duì)生化法處理有嚴(yán)重的抑制作用，因此需要對(duì)其進(jìn)行必要的預(yù)處理工藝去除氨氮，以保證后續(xù)生化處理工藝的正常運(yùn)行。

三、燒杯實(shí)驗(yàn)

1.pH值對(duì)處理效果的影響。根據(jù)MAP的反應(yīng)式可知較高的pH值可增加滲濾液中的游離氨量，從而保證反應(yīng)向正向進(jìn)行，有利于滲濾液中氨氮得去除，但當(dāng)PH值過(guò)高時(shí)水中得Mg+會(huì)產(chǎn)生Mg（OH）2，NH4+會(huì)產(chǎn)生NH3.H2O，兩者均對(duì)MAP沉淀有不利影響。

進(jìn)行試驗(yàn)前，先測(cè)定垃圾滲濾液中的氨氮濃度，通過(guò)計(jì)算保證向燒杯中投加MgCl2.6H2O、KH2PO4.2H2O使Mg∶N∶P為1∶1∶1。利用5mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)滲濾液的PH值分別為8.0至11.5，PH值對(duì)氨氮去除效果影響如圖1所示。

圖1 不同pH值條件下氨氮的去除效果

如上圖所示，在pH值在8.5左右時(shí)對(duì)氨氮的去除效果最好，可達(dá)到60%以上。隨著pH值的上升，MAP法對(duì)氨氮的去除效果逐步下降，當(dāng)PH值達(dá)到11.5左右時(shí)，反應(yīng)后上清液由透明變?yōu)槁詭榘咨@說(shuō)明此時(shí)不僅水中大量的氫氧根離子（OH-）與銨根離子（NH4+）結(jié)合產(chǎn)生NH3.H2O，降低了MAP結(jié)晶對(duì)氨氮的去除；同時(shí)水中的氫氧根離子（OH-）也與水中的鎂離子（Mg2+）結(jié)合產(chǎn)生氫氧化鎂沉淀（Mg（OH）2），使得水中的Mg、N、P比例嚴(yán)重失調(diào)，氫氧根離子（OH-）與鈣離子（Ca2+），其他滲濾液中得金屬離子結(jié)合生成氫氧化鈣等沉淀附著與氯化鎂的表面，阻礙了MAP反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，從而影響了氨氮的去除效果。

為進(jìn)一步確定MAP法的最佳pH值，選取PH值分別為8.2，8.3，8.4，8.5，8.6，8.7，8.8。其具體處理結(jié)果如圖2所示。

圖2 pH值在8.2～8.8范圍內(nèi)的氨氮的去除效果

如圖2所示，在其他條件相同的條件下pH值在8.6時(shí)，MAP法對(duì)氨氮的去除率最高，達(dá)到69.2%，故選擇pH值8.6為實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的最佳pH值。

2.攪拌時(shí)間對(duì)去除效果的影響。通過(guò)攪拌可使水中各反應(yīng)物充分接觸反應(yīng)，有利于MAP結(jié)晶的生成。將滲濾液pH值調(diào)節(jié)至8.6，并投加磷酸二氫鉀和氯化鎂，使水中的Mg∶N∶P接近1∶1∶1。分別將滲濾液攪拌0.5h，1h，1.5h，2.0h，2.5h，靜沉半小時(shí)后取上清液測(cè)定去除效果。

圖3 攪拌時(shí)間對(duì)氨氮去除效果的影響

如圖3所示，當(dāng)攪拌時(shí)間設(shè)定為0.5h時(shí)，由于反應(yīng)物反應(yīng)不充分，故對(duì)氨氮的去除效果不佳，僅能達(dá)到58%左右。隨著攪拌時(shí)間的增加，反應(yīng)物間能充分接觸反應(yīng)，氨氮的去除率逐漸提高。但攪拌超過(guò)一個(gè)小時(shí)后，氨氮的去除率增長(zhǎng)不多，同時(shí)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的攪拌會(huì)將已成型的MAP晶體打碎，不利于沉淀，影響出水水質(zhì)。故從實(shí)際應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)性上的考慮選定攪拌時(shí)間為1h，此時(shí)氨氮去除率約為81.55%

3.Mg/N對(duì)氨氮去除效果的影響。調(diào)節(jié)垃圾滲濾液PH值為8.6，向滲濾液中投加MgCl2.6H2O，使Mg/N分別為0.8，1，1.2，1.4、1.6，1.8，2，2.2。攪拌時(shí)間1h后靜沉，取上清液測(cè)量水中的氨氮含量。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4。如圖4所示，投加氯化鎂后，垃圾滲濾液中氨氮的去除率隨氯化鎂的投加量增加而逐漸提高，當(dāng)Mg/N為1.4時(shí)對(duì)氨氮的去除率達(dá)到了80.85%，此后投加氯化鎂雖然氨氮的去除率繼續(xù)增加，但增幅不明顯，故從經(jīng)濟(jì)上考慮，選擇Mg /N為1.4時(shí)作為氯化鎂的最佳投加量。

圖4 Mg/N對(duì)氨氮去除效果的影響

4.P/N對(duì)氨氮去除效果的影響?？紤]到垃圾滲濾液中磷含量極低，故在本實(shí)驗(yàn)中不考慮垃圾滲濾液中磷的含量。調(diào)節(jié)滲濾液PH值為8.6，Mg/N為1.4，攪拌時(shí)間1h。投加磷酸二氫鉀使垃圾滲濾液中的P/N分別為0.8，0.9，1，1.1，1.2，1.3，1.4。反應(yīng)后，靜置半小時(shí)，取上清液測(cè)定氨氮的含量。具體數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 P/N對(duì)氨氮去除效果的影響

如圖5所示，垃圾滲濾液中氨氮的去除率隨磷元素投加量的增加而增加，當(dāng)P/N為1時(shí)MAP對(duì)氨氮的去除率為82.74%，當(dāng)P/ N為1.4時(shí)MAP對(duì)氨氮的去除率為85.82%，雖然P/N為1.4時(shí)MAP對(duì)氨氮的去除率要高于P/N為1時(shí)MAP對(duì)氨氮的去除率，但其出水的剩余磷濃度也較高，從實(shí)際工程中經(jīng)濟(jì)性考慮，同時(shí)考慮到出水中過(guò)量的磷元素會(huì)使后續(xù)生化處理得出水磷量超標(biāo)，故選定P/N為1為最佳磷元素的投加量。

四、結(jié)論

MAP處理垃圾滲濾液中氨氮的研究為有效處理垃圾滲濾液中的氨氮提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)方法采用磷酸銨鎂結(jié)晶法（MAP法）處理垃圾滲濾液，在進(jìn)水COD濃度、處理量一定的條件下，考察PH值、攪拌時(shí)間、Mg/N、P/N4個(gè)因素對(duì)氨氮去除效率的影響。結(jié)果表明：

1.MAP法處理垃圾滲濾液的最佳PH值為8.6，此時(shí)NH3.H2O和金屬離子的氫氧化物對(duì)反應(yīng)的影響最小。

2.MAP法處理垃圾滲濾液的最佳沉淀攪拌時(shí)間1h，攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)將已成型的MAP結(jié)晶打碎、溶解，不利于滲濾液中氨氮的去除。

3.MAP法處理垃圾滲濾液的最佳Mg∶P∶N為1.4∶1∶1，此時(shí)Mg、P的利用相對(duì)充分，對(duì)于垃圾滲濾液中氨氮的去除效果最好。

遼寧省科技廳計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)2007219010）；沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)HJ-200603）。