生物工程制藥廢水脫氮除磷工藝中的MAP技術

付明，郭潤澤

（深圳雙瑞環保能源科技有限公司，廣東 深圳 510801）

1 MAP法概述

MAP技術是通過在廢水中加入一些離子，使之與廢水里面的氮磷離子發生反應形成沉淀物，最后將其過濾，即可達到脫氮除磷的目的[1]。具體操作為：把Mg2+加在含有氮磷元素的廢水里面，若PO43-含量少，可根據實際情況添加，直至廢水中的NH4+、PO43-和Mg2+的離子在廢水中的狀態是過飽和即可。

該方法不僅能同時有效去除廢水中高濃度的氨氮和磷酸鹽，而且不會像傳統的處理方法那樣產生一些氧化氮。反應結束后產生的MAP作為晶種可以起到催化劑的作用，提高廢水中的反應速度。同時，若對其進行加熱處理，可分解產生NH和MgHPO4，可以被再次回收利用，后者在廢水中依舊能夠發揮脫氮除磷作用。除此之外，由于MAP中有大量的氮、磷、鎂元素，因此，被廣泛應用于各個行業，如農業施肥、醫藥、涂料以及軟泡阻燃劑等皆有涉及。

當前，由于MAP技術具有無污染、可循環的特性，在尿液、礦業、禽畜業、食品加工業和冶金焦化業等各個行業的廢水處理中得到了廣泛的應用。另外，MAP技術在處理垃圾滲濾液和污泥厭氧消化液中也發揮了巨大的作用。

2 MAP法處理氮磷廢水的影響因素

2.1 實驗內容

2.1.1 pH的影響

若選用MAP技術處理含有氨氮離子的廢水，要分析pH對該實驗效果的影響。一般在pH8.5～10.5時處理效果最明顯。由于在堿性環境中，pH越大，MAP溶解得就越少，且僅溶于酸而不溶于堿。因此，選用NaOH和HCl來調節廢水中的pH，使其能夠始終維持在10左右。通常情況下，廢水中的主要反應是在pH7～10.5的情況下發生的。若pH低于7，則PO43-的質量分數較低，會妨礙其反應的發生；若pH高于10.5，則磷酸銨鎂被分解，游離出來的氨氮與鎂離子發生反應形成Mg（3PO4）2沉淀，更加不利于反應的進行。

2.1.2 反應溫度影響

溫度也會對脫氮除磷的進程產生較大的影響，經試驗發現，在25～30 ℃下進行廢水中的氨氮去除操作時，其效果最為明顯。通過實驗可知，在溫度為30 ℃之前，氨氮的去除效果與溫度呈正相關，即溫度高則效果好。但當溫度高于30℃，氨氮的去除效果反而下降，這是因為溫度極大地影響著溶液中含有的NH4OH、HPO4-以及MgNH4PO4的電離。然而，并非所有溶液都會由于溫度而受到較大影響，如選用MAP技術對質量分數為15%～35%的垃圾滲濾液進行脫氮除磷實驗時，基本不受溫度變化的影響。

綜上所述，溫度仍然是影響脫氮除磷的重要因素。因此，要確保實驗在25～30 ℃進行。在我國MAP技術任何季節均可使用。

2.1.3 反應時間的影響

廢水中的反應速率會隨著時間的增加而減慢，這是因為溶液中氨氮濃度隨著時間的遞增而逐漸減少。實驗結果表明，氨氮的脫除效率會隨著反應時間的增加而增加，剩余氨氮的濃度降低；但是功率消耗也相應增加，加工成本很高。

試驗中，快速攪拌180 r/min時為1 min，慢攪拌30 min時為120 r/min；實踐中可根據水質試驗情況確定。在一定的pH、溫度和時間范圍內，通過實驗控制Mg和N的摩爾比，分析氮磷去除效果與Mg和N的摩爾比之間的關系。

當NH4+-N的初始質量分數為150 mg/L時，pH=10，當Mg∶N的初始質量分數從0.2∶1增加到1.2∶1時（0.2∶1，0.4∶1，0.6∶1，0.8∶1，1∶l，1.2∶1），分析NH4+-N的脫除率、PO43--P的脫除率與Mg∶N的摩爾比之間存在的關系。

2.2 結果與討論

2.2.1 不同Mg∶N摩爾比對氨氮去除的影響

Mg∶N摩爾比對氨氮去除率的影響結果見圖1。從結果來看，pH控制在10左右，實驗溫度在20～30 ℃，經過完全沉淀后由實驗數據可知，氨氮去除率隨Mg∶N摩爾比的變化而變化，Mg∶N從0.2∶1提高到1∶1，去除氨氮的百分率從33.98%提高到83.03%，MgNH4PO4·6H2O沉淀從中產生，n（Mg2+）∶n（NH4+）∶n（PO43-）的理論去除率之比為1∶1∶1。

圖1 不同Mg∶N摩爾比情況下氨氮的去除率

2.2.2 Mg∶N摩爾比對磷去除的影響

圖2顯示了不同Mg∶N摩爾比對磷去除率的影響。

圖2 不同Mg∶N摩爾比情況下磷的去除率

鎂氮比從0.2∶1提高到l∶1，磷的脫除率從73.14%提高到94.17%，并且已經達到較高的脫除率。在實驗過程中要注意控制鎂的含量，避免其過量而降低氮磷的去除率。一般情況下，添加適量的鎂可增加去除率。而磷氮之比一般保持在1.0～1.1區間內。因為同一種離子會加快反應速率，因此，也會把鎂磷比控制在1.3∶1區間內。

2.3 結論

1）試驗溫度為 20～30 ℃，pH控制在 10，n（Mg2+）∶n（NH4+）∶n（PO43-）的比值為1.3∶1∶1時，氨氮和磷的脫除率＞90%。

2）以脫除氨氮為主要目的，在實際水處理中增加Mg2+、PO43-含量，能加大去除的氨氮量。但如果反應中的磷酸根含量增加，則反應后的殘磷含量增加，從而帶來新的污染。因此，通常會采取增加鎂鹽含量的方式來加快反應，進而提高氨氮的去除率。若鎂含量不達標，則無法形成MgNH4PO4·6H2O的大量沉淀。

3 MAP法作為生物工程制藥廢水脫氮除磷預處理的可行性

制藥廢水中的氨氮主要來源于發酵廢水，是細胞培養過程中主要的代謝副產物。污水中的TP（總磷）主要來自下游純化目標蛋白時使用的以PO43-、HPO42-和H2PO4-形式存在的磷酸鹽緩沖溶液。添加鎂鹽可以使廢水產生難溶的MgNH4PO4·6H2O沉淀。該方法可用于生物工程制藥廢水的脫氮除磷預處理。

為了保證A2O工藝的脫氮率達到65%～85%，除磷效率達到75%～85%，PAC（混凝劑）等化學沉淀法的脫磷效率達到80%以上，為了保證排放的污水中氨氮濃度低于30 mg/L，TP濃度應為4 mg/L，以達到市政的要求，在A2O+化學沉淀法的處理過程中，氨氮濃度應低于120 mg/L，TP濃度應低于100 mg/L。根據工藝要求，發酵廢水中氨氮含量一般為500～1 500 mg/L，純化廢水中TP含量一般為500～1 200 mg/L。該方法除磷效率95%以上，經預處理后的氨氮和總氮濃度分別低于75 mg/L和60 mg/L，選用A2O工藝和化學沉淀相結合的處理方式可使污水達標排放。

4 應用實例

選用“反應沉淀+UASB（上流式厭氧污泥床）+A2O+混凝沉淀+消毒”施工技術，對規模為80 t/d生物工程制藥廠污水進行處理操作。分類收集企業廢水后，將細胞培養和凈化廢水收集到反應沉淀池，加入氯化鎂進行反應產生沉淀來預除氨氮和磷，然后將其泵入濃縮廢水收集池，2股廢水自流至綜合調節池。在預分解廢水中的有機物之前，要先利用提升泵把調節池中的廢水轉移到預水解池和UASB反應器之中，必須把COD除掉之后再轉移至厭氧之中才可水解，通過自流先后進入缺氧池和好氧池進行氮和COD、TP的脫除操作。在經過泥水分離的上清液中加入PAC和PAM（污水用絮凝劑）完成磷的脫除。最后，添加次氯酸鈉完成消毒即可將其排入市政污水管網。經設計試驗，污水站進出口水質見表1。

表1 廢水處理前后水質監測結果

由表1可知，采用“MAP沉淀+UASB+A2O+混凝沉淀+消毒”工藝處理的制藥廢水，其水質符合市政污水處理廠接管標準，且MAP法對氨氮、TP去除率均在95%以上。結果表明，氨氮和TP被沉淀脫除，MAP法脫氮除磷預處理工藝的應用效果良好，可作為制藥廢水處理工藝推廣。

5 結語

生物工程制藥廢水中的發酵液和純化廢水具有COD、氨氮、總磷含量高及易生成的特點，實驗開始之前要預處理廢水中的氮磷含量。本文分析了生物工程制藥廢水脫氮除磷過程中的MAP技術，以期為相關人員提供參考。