磷酸鎂銨沉淀法去除氨氮工藝研究

汪忠良

（陜西華源礦業有限責任公司，陜西 商洛 726300）

1 磷酸鎂銨沉淀法的反應機理

向氨氮廢液中加入鎂離子與磷酸根離子，在一定PH值下就會生成磷酸鎂銨沉淀，主要反應為Mg2++NH4++PO43-+6H2O=NH4MgPO4·6H2O，磷酸鎂銨沉淀主要取決于溶液的過飽和度和PH值。

1.1 磷酸鎂銨的過飽和度

磷酸銨鎂是一種非常復雜的晶體化合物。水中pH值的變化對其生成反應有很大影響，隨pH值的變化，水中的NH4+、Mg2+和PO43-濃度不斷變化，當這三種離子的活度積超過了磷酸銨鎂的平衡條件濃度積時，溶液過飽和然后生成沉淀。這三種離子的活度取決于體系的pH值和溶液中可溶的Mg、N和磷酸鹽的濃度，或者在相同的pH值下，增加組成磷酸銨鎂的三種離子中任一離子的含量也可以使體系中磷酸銨鎂達到過飽和。磷酸銨鎂的過飽和度β定義如下：

β=（Ps/Pseq）1/3 ；

Ps：一定PH值下磷酸鎂銨三種離子的濃度積；

Pseq：一定PH值下磷酸鎂銨的平衡條件濃度積。

磷酸鎂銨沉淀的形成過程可以分為成核階段和成長階段。在成核階段，組成晶體的各種離子形成晶胚。在成長階段，組成晶體的離子不斷結合到晶胚上，晶體逐漸長大達到平衡。磷酸銨鎂晶體生長很復雜，不僅受溶液中傳質和晶粒表面累積性質的影響，而且受環境的影響也很大：磷酸銨鎂更易在表面粗糙、管道的連接處等環境因素變化的地方聚集。

1.2 體系PH對磷酸鎂銨的影響

磷酸有3個H+相應的有3級電離，當PH≤8時，主要離解為H2PO4-與HPO42-，故主要的沉淀為Mg（H2PO4）2及MgHPO4；當10≤PH≤11時，其主要離解為PO43-，故主要沉淀為Mg3（PO4）2；當PH≥11時，主要產生Mg（OH）2沉淀；只有在8≤PH≤10時，主要產生磷酸鎂銨沉淀。因此在酸性與中性條件下，均不利于沉淀水中的氮磷，在強堿性條件下不能沉淀氨氮。同時根據反應原理可以看出，磷酸鎂銨在制備時，物料初始PH值對制備效果影響不大，最終沉淀形成取決于反應穩定后終點PH值。

2 試驗部分

2.1 氨氮廢液用磷酸鎂銨除氮法

2.1.1 試驗原料

氨氮廢液，NH3-N為21060mg/l，PH=8.64。

2.1.2 試驗過程

（1）PH值的確定。取氨氮廢液分別置于5個燒杯中，以n（N）：n（P）：n（Mg）=1：1：1的藥劑比例進行添加，攪拌30min后，用氫氧化鈉調節不同PH值，再攪拌20min待PH值穩定，過濾檢測濾液氨氮含量。試驗結果如下。

圖1 氨氮廢液的除氮率

從圖上可以看出，前期除氮率隨PH值增大而升高，當PH=9.0時除氮率逐漸提升放緩，當PH值為9.2～9.3時，除氮率達到最高值，后期除氮率隨PH值的升高而降低，因此PH值設為9.0～9.3為宜。

（2）用量的確定。①十二水合磷酸氫二鈉用量的確定。取氨氮廢液分別置于5個燒杯中，將n（P）分別以1.0～1.4的加藥比例進行添加，其它條件不變，攪拌30min后，用氫氧化鈉調節PH值至9.0，再攪拌20min待PH值穩定，過濾檢測濾液氨氮含量。

在反應過程中，由于氨氮廢液氨氮含量高，當n（P）逐漸增大，磷酸氫二鈉加量增大，物料沉淀與析出物增多，物料流動性降低，當n（P）≥1.3時，隨著反應的進行，物料逐漸粘稠最終固化而無法流動。由于物料流動性降低，固化后部分磷酸二氫鈉無法有效參與反應，造成藥劑浪費，且隨著n（P）增大，除氮率變化不大。因此n（N）：n（P）設為1：0.9～1.0為宜。②六水合氯化鎂加量的確定。取氨氮廢液分別置于4個燒杯中，將n（Mg）分別以1.1～1.4的加藥比例進行添加，其它條件不變，攪拌30min后，用氫氧化鈉調節PH值至9.0，再攪拌20min待PH值穩定，過濾檢測濾液氨氮含量。

從表中可以看出除氮率隨n（Mg）的增大而升高，但當n（Mg）≥1.2后物料流動性降低，藥劑無法完全參與反應，除氮率變化不明顯，當n（Mg）≥1.4時，物料隨著反應的進行流動性喪失，物料粘稠固話，NH+、Mg2+、PO3-4離子活度積降低，沉淀率下降。因此n（N）：n（P）設為1：1～1.1為宜。

表1 磷酸鎂銨除氮法實驗結果圖

表2 5種氨氮廢液攪拌30min后過濾檢測濾液氨氮含量

表3 除氮率變化情況

表4 分別在兩組藥劑中進行除氮對比結果

表5 對濾液進行分段除氮的數據

2.1.3 一段除氮與分段除氮的比較

取氨氮廢液分別置于兩個燒杯中分為兩組，第一組藥劑以n（N）：n（P）：n（Mg）=1：1：1.1的比例進行添加，除氮完畢檢測濾液氨氮含量；第二組藥劑加量為n（N）：n（P）：n（Mg）=1：0.5：0.5，攪拌30min，用氫氧化鈉調節PH值9.0，攪拌20min過濾檢測濾液氨氮含量，將濾液重新置于燒杯中，藥劑加量以n（N）：n（P）：n（Mg）=1：1：1.1的比例進行添加，其它條件不變，除氮完畢檢測濾液氨氮含量；對兩組試驗進行比較如下。

從表上可以看出，二組分段添加藥劑進行除氮，除氮效果更佳，而藥劑加量與一組變化不大。分段除氮解決了物料粘稠導致離子活度降低的問題，使藥劑充分參與反應，提升了藥劑使用效率。

對第一組濾液進行分段除氮數據如下。

上表數據進一步驗證了分段添加藥劑，除氮效果更好，且根據上表數據可以推斷出：進行多段除氮或提升二段后藥劑加量，則除氮率能進一步提升。

2.1.4 試驗小結

磷酸鎂銨沉淀法可以有效除去氨氮廢液中氨氮，除氮過程中上廢液初始PH值對該反應影響不大。由于氨氮廢液氨氮含量較高，因此以分段除氮則除氮效果較好。藥劑添加量以n（N）：n（P）：n（Mg）=1：0.9～ 1：1～ 1.1為宜，攪拌時間為30min，用氫氧化鈉調PH=9.0～9.3，再攪拌20min待反應完全且PH值穩定后過濾。