MAP法处理中浓度氨氮废水的探讨

李 宏， 沈 虹

（中国寰球工程公司 辽宁分公司， 辽宁 抚顺 113006）

MAP法处理中浓度氨氮废水的探讨

李 宏， 沈 虹

（中国寰球工程公司 辽宁分公司， 辽宁 抚顺 113006）

氮在水中主要是以有机氮和氨氮的形式存在的，污染受纳水体，影响水环境质量。高浓度氨氮废水可采用吹脱、汽提法去除。中、低浓度氨氮废水可采用 MAP法沉氨预处理，除去大部分氨氮后，再经生物处理去除剩余的氨氮。MAP法去除中、低浓度的氨氮处理效果良好，并无二次污染。

氨氮废水；污染环境；MAP法；中、低浓度氨氮废水；经济实用

保护环境是我国的一项基本国策，但随着工、农业生产迅速发展，由其带来的污染也日趋严重。因此，减少污染、治理污染应本着“谁污染，谁治理”、采用源头治理的原则，深入贯彻清洁生产标准，将污染控制在最小化。石油化工行业生产中产生的氨氮废水对水体的污染必须分类、分质进行有效处理，使氨氮及总氮指标达标排放，减少对受纳水体的影响。

1 氮在水中的存在形态及其危害

氮在污水中主要以分子态氮、有机氮、氨态氮、亚硝酸氮和硝态氮以及硫氢化物和氰化物等形式存在，而在未处理的原废水中，有机氮和氨氮是氮的主要存在形式；经二级生化处理后，污水中氨氮和硝态氮是氮的主要存在形式。在一定条件下，各种形式的氮可以相互转化。

废水的氨氮对水体会造成许多不利影响，例如水中的氨氮和有机氮会消耗受纳水体中的溶解氧。氮化合物是营养物质，因而会引起藻类的过度增殖，造成水体的富营养化现象；大量藻类死亡时会耗去水中的氧，使水体恶化。而一些藻类的蛋白类毒素可富集在水生生物体内，并通过食物链使人中毒；NH3对鱼类和其它水生物有较大的毒性； NH3对某些金属有腐蚀作用，并会消耗水中的余氯，会使消毒、杀菌的加氯量成倍增加，从而增加给水处理成本。

另一方面，为保证水质达标，需要对废水脱色、除嗅、除味而使化学药剂投加量增加，滤池的反冲洗次数亦增加。NO2和 NO3对人体健康有害，水中亚硝酸氮超过1 mg/L时，即会使水生生物的血液结合氧能力降低；超3 mg/L时，可在24～96 h内使金鱼、鳊鱼死亡。亚硝酸氮与胺作用生成的亚硝胺有致癌、致畸作用。饮水中NO2-N含量超过10 mg/L时可引起婴儿高铁血红蛋白症。亚硝酸可使血红素中的Fe2+成为Fe3+而推动结合氧能力。

因此，向自然水体中排放的废水中有效去除氨氮是提高水体环境质量，造福人类的重要环保措施之一。

2 高、中浓度氨氮废水处理技术

对于高、中浓度的氨氮污水，目前通常成熟的物化方法主要有：汽提法、吹脱法、MAP法、折点加氯法等。

2.1 吹脱、汽提法

吹脱、汽提法原理是将气体通入水中，使气水相互充分接触，使水中溶解气体和挥发性溶质穿过气液界面，向气相转移，从而达到脱除污染物的目的。常用空气或水蒸气作载气，前者称为吹脱，后者称为汽提蒸氨吹脱。汽提是一个传质过程，即在pH值较高时，使污水与空气密切接触从而降低污水中氨浓度，推动力来自空气中氨的分压与污水中氨浓度相当的平衡分压之间的差值。吹脱和汽提一般在塔中进行，塔高一般在20 m左右，一次性投资和运行费用都较高。吹脱法去除氨氮一般气水比在2 000～4 000，使用硫酸喷淋回收氨气生成硫酸铵；汽提去氨氮吨水蒸汽用量在0.2～0.4 t。吹脱、汽提去氨氮适用于氨氮浓度较高的污水，目前稳定运行的吹脱、汽提去除氨氮的装置，一般进水氨氮浓度需在2 000 mg/L以上。

2.2 MAP法

2.2.1 MAP法原理

MAP法主要原理是向含氨氮废水中添加镁盐和磷盐，水中NH4+可以和某些阴离子形成不溶于水的复盐，如 MgNH4PO4（MAP）、MnNH4PO4、ZnNH4PO4、NiNH4PO4等，因此可以采用向水中投加Mg2+和PO43-的方法去除水中氨氮。将氨氮生成固体沉淀分离出来。由于加入的镁、磷全部变成固体沉淀分离出来，水体中不会产生二次污染。这种方法具有操作工艺简单、处理效果好、不受温度限制等优点，沉淀出的产物能作为进一步利用的复合肥料。MgNH4PO4（MAP）微溶于水（ksp=2.5×10-13），一般含有6个结晶水，溶于热水、稀酸，沉淀过程中不易吸收水中的重金属和有机物。发生的主要化学反应如下：

经重力沉淀或过滤，可得到MgNH4PO4·6H2O，简称MAP，俗称鸟粪石；它的溶度积为 2.5×10-13。因为它的养分比其它可溶肥的释放速率慢，可以作缓释肥（SRFs）；肥效利用率高，施肥次数少；同时不会出现化肥灼烧的情况。开发MAP作缓释肥有潜在的经济价值，同时还可以降低高浓度氨氮污水的处理费用。

2.2.2 MAP沉氨实验

① 分析方法

实验中水质分析方法参照国家环境保护总局和《水和废水监测分析方法》编委会编制的《水和废水监测分析方法》。具体方法如表1。

表1 水质分析方法Table 1 Analytical Method of Water quality

② 实验过程

实验是在有助凝剂（PAM）和无助凝剂条件下平行进行的。

实验用药品磷酸二氢钾（KH2PO4）、（硫酸镁MgSO4·7H2O）、氢氧化钠（NaOH）、PAM全部为分析纯试剂，配成溶液使用。

实验过程是顺序投加磷盐、镁盐、氢氧化钠和PAM试剂，原因如下：

（1）实验按磷盐、镁盐、氢氧化钠的顺序投加，避免产生磷酸镁、氢氧化镁沉淀，达不到沉氨效果；

（2）不采用熟石灰代替氢氧化钠，否则生成大量磷酸钙沉淀，降低沉氨效果；

（3）微量PAM的加入可帮助生成大的絮体，沉降速度快、效果好。

实验过程如图1。

③ 实验过程考察的因素

取某工厂产生的氨氮废水稀释到NH4+-N浓度为275 mg/L进行MAP沉氨实验。

（1） pH的影响

在N∶P∶Mg（摩尔比）为1∶1∶1的条件下，实验通过调整NaOH的投加量控制反应pH值，考察氨氮的去除效果，实验用水氨氮(以N计)浓度为275 mg/L，实验结果见表2。

从上表可见：pH 值在8.5～10之间沉氨效果相差不大，在pH值为9.5时最佳。

（2） Mg2+和PO43-投加量的影响

实验通过调整磷酸二氢钾和硫酸镁的投加量，考察氨氮的去除效果。反应pH值控制在9.5。实验用水氨氮(以N计)浓度275 mg/L。实验结果见表3。

从上表可见：P∶Mg为等摩尔比时沉氨效果最佳，在 N∶P∶Mg为1∶1∶1，1∶1.2∶1.2，1∶1.4∶1.4，去除率相应达到70.9%，82.2%，91.3%。

图1 实验过程图Fig.1 Figure of experimental process

表2 pH值影响实验数据Table 2 The experimental record obout effect of pH

表3 Mg2+和PO43-投加量影响实验数据Table 3 The experime M ntga2l+r aencdo r P dOo4b3o-u t effect of dosage of序号 N∶P∶Mg（摩尔比） 剩余氨氮NH4+-N/（mg·L-1) 去除率,% 1 1∶1∶1 80 70.9 2 1∶1∶1.2 61 77.8 3 1∶1∶1.4 70 74.5 4 1∶1.2∶1 73 73.5 5 1∶1.4∶1 76 72.4 6 1∶1.2∶1.2 49 82.2 7 1∶1.4∶1.4 24 91.3

④ 不同氨氮浓度去除效果实验

将某工厂产生的氨氮废水分别稀释到 NH4+-N浓度在大约200 mg/L、400 mg/L和800 mg/L左右，在N∶P∶Mg（摩尔比）为1∶1∶1.2，反应pH值在9.5左右的条件下进行MAP沉氨实验，考察氨氮的去除效果。实验结果见表4。

表4 不同氨氮浓度的MAP实验效果Table 4 MAP experimental result obout different ammonia concentration

一般采用MAP沉氨实验之后，出水PO43-会超标，需要处理。由于沉氨后出水pH值为9.5，本实验采用CaCl2除磷，实验取MAP实验出水，PO43-浓度见表5。

⑤ 除磷实验

able 5 The P表O 5 43 - c M onAcPen实tra验ti出on水 of PefOfl 4u 3 -e浓n t度 water in MAP experimental

实验过程：将 CaCl2配置成溶液，根据水中磷的浓度按比例投加，pH控制在9.5～10.0之间。反应10 min，加PAM缓慢搅拌均匀，沉淀30 min，分析上清液。

采用沉氨实验出水PO43--P浓度为41.8 mg/L的水样做除磷实验，结果见表6。

Table 6表Th6e r e P suOlt 43o-去f P除O效43-果dislodged序号 Ca∶P（摩尔比） 剩余PO43--P/（mg·L-1) 去除率,% 1 1∶1 21.3 49.0 2 2∶1 9.0 78.5 3 3∶1 2.3 94.5

3 结 论

高浓度氨氮废水（氨氮浓度2 000 mg/L以上）一般采用吹脱、汽提法将水中溶解的氨氮变为气态氨，再用硫酸吸收，副产物为硫酸铵。中等浓度氨氮废水的特点是水中氨氮浓度较高，但却达不到采用吹脱、汽提法所需要的高浓度，若采用普通生物处理方式，则碳源相对不足，不能满足生化反应的需要，且过高浓度的氨氮会对生化系统产生毒化作用。因此，对于中、低浓度的氨氮废水，必须单独处理降低其水中的氨氮浓度后，再通过生物法进一步去除氨氮，以达标排放。

经过上述沉氨实验证明，氨氮浓度在200～800 mg/L的氨氮废水采用MAP法沉氨后，效果非常好，结论如下：

（1）在N∶P∶Mg（摩尔比）为1∶1∶1.2的条件下，400～800 mg/L两个浓度梯度，氨氮的去除率都稳定在80%左右；

（2） MAP沉氨对COD有明显去除，总氮也明显降低；

（3）在Mg过量的条件下，磷酸盐的残留量超过了排放标准；

（4）实验需按磷盐、镁盐、氢氧化钠的顺序投加，避免产生磷酸镁、氢氧化镁沉淀，达不到沉氨效果；

（5）不能用熟石灰代替氢氧化钠，否则生成大量磷酸钙沉淀，降低沉氨效果；

（6）加入微量PAM可帮助生成大的絮体，沉降速度快、效果好。

4 应 用

对于石化行业中、低浓度的氨氮废水，可采用MAP法去除大部分氨氮后，再通过生化处理，去除水中剩余氨氮，以及总氮，保护受纳水体的环境质量，经济实用。推荐处理工艺如图2。

图2 工艺流程简图Fig.2 Sewage-process flow drawings

［1］ 王良均，吴孟周.石油化工废水处理设计手册[M].北京:中国石化出版社, 1996.

［2］ 高俊发，王社平.污水处理厂工艺设计手册[M].北京:化学工业出版社,2003.

［3］ 张家仁,等.石油石化环境保护技术[M].北京:中国石化出版社,2006.

［4］ 国家环境保护总局和《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社,2002.

［5］ GB8978-1996 污水综合排放标准[S]．

［6］ DB21/1627-2008 辽宁省污水综合排放标准[S]．

［7］ GB14554-1993 恶臭污染物排放标准[S]．

Treatment of Medium Concentration Ammonia Nitrogen Wastewater by MAP Method

LI Hong，SHEN Hong
（Huanqiu Contracting & Engineering Corp,Liaoning Branch Company, Liaoning Fushun 113006, China）

Nitrogen in water mainly is in the form of ammonia nitrogen and organic nitrogen, which can pollute the receiving water body and affect water environment quality. High concentration ammonia nitrogen wastewater can be treated by stripping method, medium or low concentration ammonia nitrogen wastewater can be pretreated by MAP method，then the biological treatment can be used to remove residual ammonia nitrogen. MAP method has good effect to treat medium or low concentration ammonia nitrogen wastewater, and there isn’t second pollution.

Ammonia nitrogen Wastewater; Environmental pollution; MAP method

X 703

A

1671-0460（2012）05-0501-04

2012-04-25

李宏（1969-），女，辽宁抚顺人，高级工程师，1991年毕业于沈阳师范学院生物专业，研究方向：石油化工污水处理。E-mail：lihong0180@hqcec.com，电话：024-57593935。