MAP处理垃圾渗滤液中氨氮的研究*

沈阳建筑大学市政与环境工程学院 傅金祥 张荣新 陈 春

MAP处理垃圾渗滤液中氨氮的研究*

沈阳建筑大学市政与环境工程学院 傅金祥 张荣新 陈 春

垃圾渗滤液为一种高浓度有机废水，由于垃圾渗滤液中含有大量的氨态氮导致水中的C/N严重失衡，使常规生化处理工艺对渗滤液的处理难以达到良好的效果。目前，实际工程中常用吹脱法去除渗滤液中的氨氮，但吹脱法存在尾气回收，“二次污染”的问题。化学沉淀法作为废水脱氮技术近年来在国内外受到广泛重视。故本实验的目的是通过研究以磷酸氨镁结晶法为代表的化学沉淀法对垃圾渗滤液中氨氮的去除效果和运行条件，寻找新的可行的去除垃圾渗滤液的途径，为实际工程应用提供一定的参考价值和依据。

一、实验原理

水中的镁离子（Mg+）和磷酸根离子（PO4-）与氨根离子（NH4+）相结合，产生磷酸氨镁结晶沉淀，从而达到去除渗滤液中氨氮的目的。具体反应方程式如下：

如反应式所示，渗滤液中得氨根离子以沉淀的形式排出，同时渗滤液中普遍缺少磷元素，而反应后剩余的磷酸根离子为后续的生化法处理提供了部分磷源，有利于后续处理。收集的MAP结晶可用于做肥料、化学试剂、阻火剂等。

二、实验方案

1.实验器材和试剂。器材：四联搅拌器、可见分光光度计，25L有机玻璃柱（直径150mm），JJ-1精密增力电动搅拌器。试剂：MgCl2.6H2O、KH2PO4.2H2O、NaOH。

2.测定方法。氨氮采用钠氏试剂比色法（GB7479-87）。

3.实验方法和步骤。实验将500ml装有垃圾渗滤液的烧杯分置于4联搅拌器上，用5mol/L的NaOH溶液调节渗滤液得PH值，向渗滤液中投加MgCl2.6H2O、KH2PO4.2H2O，待其充分溶解后进行慢速搅拌，搅拌速度为150r/min，经一定反应时间，停止搅拌，静沉后取上清液测定其氨氮浓度。

4.实验水质。实验用水取自沈阳市老虎冲垃圾填埋场，水质指标见表1。

表1 垃圾渗滤液水质情况

如表1所示，渗滤液中氨氮浓度较高，对生化法处理有严重的抑制作用，因此需要对其进行必要的预处理工艺去除氨氮，以保证后续生化处理工艺的正常运行。

三、烧杯实验

1.pH值对处理效果的影响。根据MAP的反应式可知较高的pH值可增加渗滤液中的游离氨量，从而保证反应向正向进行，有利于渗滤液中氨氮得去除，但当PH值过高时水中得Mg+会产生Mg（OH）2，NH4+会产生NH3.H2O，两者均对MAP沉淀有不利影响。

进行试验前，先测定垃圾渗滤液中的氨氮浓度，通过计算保证向烧杯中投加MgCl2.6H2O、KH2PO4.2H2O使Mg∶N∶P为1∶1∶1。利用5mol/L的NaOH溶液调节渗滤液的PH值分别为8.0至11.5，PH值对氨氮去除效果影响如图1所示。

图1 不同pH值条件下氨氮的去除效果

如上图所示，在pH值在8.5左右时对氨氮的去除效果最好，可达到60%以上。随着pH值的上升，MAP法对氨氮的去除效果逐步下降，当PH值达到11.5左右时，反应后上清液由透明变为略带乳白色，这说明此时不仅水中大量的氢氧根离子（OH-）与铵根离子（NH4+）结合产生NH3.H2O，降低了MAP结晶对氨氮的去除；同时水中的氢氧根离子（OH-）也与水中的镁离子（Mg2+）结合产生氢氧化镁沉淀（Mg（OH）2），使得水中的Mg、N、P比例严重失调，氢氧根离子（OH-）与钙离子（Ca2+），其他渗滤液中得金属离子结合生成氢氧化钙等沉淀附着与氯化镁的表面，阻碍了MAP反应的进一步进行，从而影响了氨氮的去除效果。

为进一步确定MAP法的最佳pH值，选取PH值分别为8.2，8.3，8.4，8.5，8.6，8.7，8.8。其具体处理结果如图2所示。

图2 pH值在8.2～8.8范围内的氨氮的去除效果

如图2所示，在其他条件相同的条件下pH值在8.6时，MAP法对氨氮的去除率最高，达到69.2%，故选择pH值8.6为实验过程中的最佳pH值。

2.搅拌时间对去除效果的影响。通过搅拌可使水中各反应物充分接触反应，有利于MAP结晶的生成。将渗滤液pH值调节至8.6，并投加磷酸二氢钾和氯化镁，使水中的Mg∶N∶P接近1∶1∶1。分别将渗滤液搅拌0.5h，1h，1.5h，2.0h，2.5h，静沉半小时后取上清液测定去除效果。

图3 搅拌时间对氨氮去除效果的影响

如图3所示，当搅拌时间设定为0.5h时，由于反应物反应不充分，故对氨氮的去除效果不佳，仅能达到58%左右。随着搅拌时间的增加，反应物间能充分接触反应，氨氮的去除率逐渐提高。但搅拌超过一个小时后，氨氮的去除率增长不多，同时过长时间的搅拌会将已成型的MAP晶体打碎，不利于沉淀，影响出水水质。故从实际应用和经济性上的考虑选定搅拌时间为1h，此时氨氮去除率约为81.55%

3.Mg/N对氨氮去除效果的影响。调节垃圾渗滤液PH值为8.6，向渗滤液中投加MgCl2.6H2O，使Mg/N分别为0.8，1，1.2，1.4、1.6，1.8，2，2.2。搅拌时间1h后静沉，取上清液测量水中的氨氮含量。具体数据见图4。如图4所示，投加氯化镁后，垃圾渗滤液中氨氮的去除率随氯化镁的投加量增加而逐渐提高，当Mg/N为1.4时对氨氮的去除率达到了80.85%，此后投加氯化镁虽然氨氮的去除率继续增加，但增幅不明显，故从经济上考虑，选择Mg /N为1.4时作为氯化镁的最佳投加量。

图4 Mg/N对氨氮去除效果的影响

4.P/N对氨氮去除效果的影响。考虑到垃圾渗滤液中磷含量极低，故在本实验中不考虑垃圾渗滤液中磷的含量。调节渗滤液PH值为8.6，Mg/N为1.4，搅拌时间1h。投加磷酸二氢钾使垃圾渗滤液中的P/N分别为0.8，0.9，1，1.1，1.2，1.3，1.4。反应后，静置半小时，取上清液测定氨氮的含量。具体数据如图5所示。

图5 P/N对氨氮去除效果的影响

如图5所示，垃圾渗滤液中氨氮的去除率随磷元素投加量的增加而增加，当P/N为1时MAP对氨氮的去除率为82.74%，当P/ N为1.4时MAP对氨氮的去除率为85.82%，虽然P/N为1.4时MAP对氨氮的去除率要高于P/N为1时MAP对氨氮的去除率，但其出水的剩余磷浓度也较高，从实际工程中经济性考虑，同时考虑到出水中过量的磷元素会使后续生化处理得出水磷量超标，故选定P/N为1为最佳磷元素的投加量。

四、结论

MAP处理垃圾渗滤液中氨氮的研究为有效处理垃圾渗滤液中的氨氮提供可靠的实验数据和理论基础。实验方法采用磷酸铵镁结晶法（MAP法）处理垃圾渗滤液，在进水COD浓度、处理量一定的条件下，考察PH值、搅拌时间、Mg/N、P/N4个因素对氨氮去除效率的影响。结果表明：

1.MAP法处理垃圾渗滤液的最佳PH值为8.6，此时NH3.H2O和金属离子的氢氧化物对反应的影响最小。

2.MAP法处理垃圾渗滤液的最佳沉淀搅拌时间1h，搅拌时间过长会将已成型的MAP结晶打碎、溶解，不利于渗滤液中氨氮的去除。

3.MAP法处理垃圾渗滤液的最佳Mg∶P∶N为1.4∶1∶1，此时Mg、P的利用相对充分，对于垃圾渗滤液中氨氮的去除效果最好。

辽宁省科技厅计划项目（项目编号2007219010）；沈阳建筑大学市政与环境省级重点实验室开放基金资助项目（项目编号HJ-200603）。