Ca2+對磷酸銨鎂沉淀法處理垃圾滲濾液效果的影響

王雅楠 楊軍

摘要? ? 生活垃圾滲濾液中存在著大量Ca2+，會對磷酸銨鎂沉淀法處理滲濾液產(chǎn)生一定影響。通過試驗設置滲濾液中不同濃度Ca2+，探索其對磷酸銨鎂沉淀法降低COD和氨氮效果的影響。結果表明，磷酸銨鎂沉淀法對氨氮的去除率從65.12%下降至37.87%，對COD的去除率也從51.90%下降至42.52%。因此，垃圾滲濾液中Ca2+的含量會影響Mg2+與PO43-、氨氮結合，降低氨氮和COD的去除率。

關鍵詞? ? Ca2+;磷酸銨鎂;化學沉淀法;垃圾滲濾液;處理效果

中圖分類號? ? X799.3;X703? ? ? ? 文獻標識碼? ? A? ? ? ? 文章編號? ?1007-5739（2019）09-0163-02

Abstract? ? There is a large amount of Ca2+ in leachate of household garbage，and they will have a certain impact on leachate treatment by ammonium magnesium phosphate precipitation.By setting different concentrations of Ca2+ in the leachate，a test was conducted to explore the effect of Ca2+ on the reduction efficiency of COD and ammonia nitrogen in the leachate by magnesium ammonium phosphate precipitation method.The results showed that the removal rate of ammonia nitrogen by ammonium magnesium phosphate precipitation method decreased from 65.12% to 37.87%，and the removal rate of COD also decreased from 51.90% to 42.52%.Therefore，the Ca2+ content in landfill leachate can affect the binding of Mg2+ with PO43- and ammonia nitrogen，and reduce the removal rate of ammonia nitrogen and COD.

Key words? ? Ca2+;magnesium ammonium phosphate;chemical precipitation;landfill leachate;treatment efficiency

1? ? 背景及目的

1.1? ? 垃圾滲濾液現(xiàn)狀

現(xiàn)代城市垃圾的產(chǎn)出量隨著城市規(guī)模的不斷擴大顯著增加，垃圾種類繁多且成分也十分復雜。在袁志宇的統(tǒng)計報告中，我國城市垃圾年產(chǎn)量超1.4億t，并且正在以每年8%～10%的速度增長[1-2]。固體廢棄物的處理處置常見方法一般有衛(wèi)生填埋、焚燒、堆肥。這些方法中，衛(wèi)生填埋以其投資少和運行成本低廉的優(yōu)勢最為常用。

蘭州市的地形特點是黃河兩邊為山峰和溝壑，因而衛(wèi)生填埋就成為了處理蘭州市生活垃圾比較理想的方法[3]。在生活垃圾的填埋過程中，地表水和地下水的浸透、雨水的沖刷淋溶以及微生物的分解作用使垃圾產(chǎn)生具有嚴重污染性、濃度極高并具有毒害作用的垃圾滲濾液[4]。在2010年的一份調查報告中顯示，我國由城市垃圾填埋所產(chǎn)生的滲濾液的COD高達32.46萬t，氨氮也有約3.22萬t[5]。目前，作為一種具有嚴重污染性的廢水，滲濾液處理已經(jīng)成為當下廢水處理項目中的研究熱點。

垃圾滲濾液具有組成成分種類繁多、變化范圍較廣、濃度極高的特點，目前已檢測到的有機污染物有63種[6]，故不易被處理，并且會對周圍環(huán)境及水體產(chǎn)生較大的危害。在降解過程中，滲濾液會經(jīng)過調整期、過渡期、酸形成期、甲烷形成期和成熟期等5個階段，其中含有的成分在經(jīng)過很長一段時間的降解后才能達到穩(wěn)定，此后的降解速率會更加緩慢。這個過程需要6～15年。

目前，垃圾滲濾液的主要處理方法是生物處理法、土地處理法以及物化處理法[7]。其他方法也有使用，但以上3種處理方法原理簡單、操作方便，更易在實際中應用，因而成為了主流方法。其中，物化處理法針對蘭州市生活垃圾滲濾液BOD5/COD較低且降水量根據(jù)季節(jié)變化的特點更為適用。但由于物化處理運行成本較高，故多用于對垃圾滲濾液的預處理或深度處理[8]。在這些物理化學法中，又分別根據(jù)不同的適用條件分為化學混凝法、化學沉淀法、物理吸附法、微波化學法以及氧化劑氧化法。

1.2? ? 磷酸銨鎂沉淀法

磷酸銨鎂（MAP）俗稱為鳥糞石，屬于無定型沉淀，微溶于水。磷酸銨鎂沉淀法屬于化學沉淀法。它是在具備合適條件下的滲濾液中加入Mg2+和PO43-，使其與廢水中的氨氮生成磷酸銨鎂沉淀物（0 ℃時其溶解度僅為0.23 g/mol），從而減少出水的氨氮[9]。與傳統(tǒng)活性污泥法相比，該方法可以減少49%的污泥體積[10]。

磷酸銨鎂化學法作為一種較為成熟的技術，常與其他技術相結合，可有效去除水中的色度、COD及氨氮。該技術具有反應時間短、材料易得且容易控制等優(yōu)點，并且生成的磷酸銨鎂沉淀物經(jīng)過一系列提純處理后可以用作農(nóng)業(yè)肥料。

1.3? ? Ca2+對滲濾液的影響

在垃圾滲濾液中含有十幾種金屬離子，其中Ca2+的含量極高，能達到4 300 mg/L。在岳秀[9]對垃圾滲濾液的研究報告中顯示，Ca2+的濃度也高達2 250 mg/L。Ca2+和PO43-與氨氮反應會生成磷酸銨鈣的白色沉淀，在磷酸銨鎂沉淀中Ca2+和Mg2+存在競爭關系。垃圾滲濾液中大量的Ca2+會影響Mg2+和PO43-與氨氮結合。在廢水中Ca2+與Mg2+共存的條件下，PO43-會優(yōu)先與Ca2+發(fā)生化學反應，從而抑制磷酸銨鎂結晶反應[9]。本次試驗即設置不同Ca2+濃度的滲濾液以探索Ca2+對磷酸銨鎂沉淀法降低氨氮和COD的影響。

2? ? 材料與方法

2.1? ? 試驗材料

本次試驗所用垃圾滲濾液來自于蘭州市皋蘭縣忠和鎮(zhèn)豐泉環(huán)保公司填埋場的滲濾液。經(jīng)過測定，滲濾液COD為8 525 mg/L，氨氮為350.2 mg/L。另外，此次試驗所需的主要藥品分別為MgCl2·6H2O、NaH2PO4·2H2O、CaCl2。

2.2? ? 試驗方法

先通過試驗得出氨氮和COD的標準曲線，然后測定處理后水樣的COD和氨氮，測定Ca2+對磷酸銨鎂沉淀法的影響。

取1 750 mL垃圾滲濾液放置至室溫，然后分為7組水樣至燒杯，每份250 mL;調節(jié)垃圾滲濾液酸堿度，使pH值=9;之后按Mg2+、NH4+、PO43-比例為1∶1∶1加入試劑，再按Mg2+與Ca2+比例分別為2.5∶0、2.5∶0.2、2.5∶0.6、2.5∶0.8、2.5∶1、2.5∶1.2、2.5∶1.4進行編號（分別編號為1、2、3、4、5、6、7）。另外設置一組空白樣，以蒸餾水水樣作為對照，編號為8號。加入上述試劑后攪拌20 min，靜置20 min，過濾，最終測定COD和氨氮含量。

3? ? 結果與分析

3.1? ? 試驗現(xiàn)象

加入MgCl2·6H2O和NaH2PO4·2H2O后，1號至7號燒杯中均出現(xiàn)沉淀，上清液呈灰色，顏色較淺，在加入MgCl2·6H2O后，上清液變得渾濁，但攪拌后與之前上清液無異。沉淀2 min后，2號至7號沉淀依次增多，上清液顏色相差不大;沉淀20 min后，2號至7號沉淀依次增多，過濾速度依次變小。

3.2? ? 添加Ca2+對磷酸銨鎂沉淀法降低氨氮的影響

由紫外分光光度計測定后，得到一系列值，帶入氨氮標準曲線方程，最終得到各處理相應的氨氮去除率（表1）。

從表1可以看出，Ca2+含量會影響磷酸銨鎂沉淀法的處理效果，氨氮去除率隨著Ca2+含量的增加逐漸下降，在Mg2+∶Ca2+為2.5∶1.4時，去除率降為37.87%，下降趨勢如圖1所示?？梢钥闯?，Ca2+的含量會影響氨氮去除率，Ca2+含量越高，氨氮去除率越低。

3.3? ? 添加Ca2+對磷酸銨鎂沉淀法降低COD的影響

由紫外分光光度計測定后，得到一系列值，帶入COD標準曲線方程，最終得到各處理相應的COD去除率（表2）。

從表2可以看出，Ca2+含量會影響磷酸銨鎂沉淀法的處理效果，COD去除率隨著Ca2+含量的增加逐漸下降，在Mg2+∶Ca2+為2.5∶1.4時，去除率降為42.52%，下降趨勢如圖2所示?？梢钥闯?，Ca2+含量會影響COD去除率，Ca2+含量越高，COD去除率越低。

4? ? 結論與討論

試驗結果表明，在使用磷酸銨鎂沉淀法處理垃圾滲濾液的過程中，Ca2+含量增加會降低氨氮和COD的去除率，Ca2+含量越高，氨氮和COD的去除率下降得越多。由此說明，Ca2+會影響Mg2+與PO43-、氨氮的結合。

在實際應用過程中，磷酸銨鎂沉淀法因其操作簡單方便、反應時間短、添加物容易得到的特點已被廣泛應用在廢水處理中。反應的沉淀物磷酸銨鎂因富含N、P元素，經(jīng)過一系列處理可以用作農(nóng)業(yè)肥料，但在反應中需要控制Ca2+含量，以免其與Mg2+競爭，降低處理效率。在實際應用時，還要根據(jù)實際滲濾液的濃度、成分等情況，設置更合適的反應條件和物料投加量，以達到最佳的反應條件，獲得最高的處理效率。

5? ? 致謝

感謝楊軍老師對試驗過程以及論文撰寫進行了精心指導，在此向尊敬的楊老師表示誠摯的謝意。

6? ? 參考文獻

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[3] 張春麗.蘭州市城鎮(zhèn)生活垃圾的處理現(xiàn)狀及對策[J].科技創(chuàng)新導報，2008（13）：102.

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[7] 孫宏亮.電化學處理垃圾滲濾液的研究[D].西安：長安大學，2008.

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[10] OHLINGER K N，YOUNG T M，SCHROCDER E D.Predicting struvite formation indigestion[J].Wat Res，1998，32：3607-3614.

基金項目? ?蘭州市科技計劃項目（2016-3-65）。

作者簡介? ?王雅楠（1992-），女，山西洪洞人，在讀碩士研究生。研究方向：固體廢棄物處置及資源化。

收稿日期? ?2019-01-11