磷酸镁铵沉淀法去除氨氮工艺研究

汪忠良

（陕西华源矿业有限责任公司，陕西 商洛 726300）

1 磷酸镁铵沉淀法的反应机理

向氨氮废液中加入镁离子与磷酸根离子，在一定PH值下就会生成磷酸镁铵沉淀，主要反应为Mg2++NH4++PO43-+6H2O=NH4MgPO4·6H2O，磷酸镁铵沉淀主要取决于溶液的过饱和度和PH值。

1.1 磷酸镁铵的过饱和度

磷酸铵镁是一种非常复杂的晶体化合物。水中pH值的变化对其生成反应有很大影响，随pH值的变化，水中的NH4+、Mg2+和PO43-浓度不断变化，当这三种离子的活度积超过了磷酸铵镁的平衡条件浓度积时，溶液过饱和然后生成沉淀。这三种离子的活度取决于体系的pH值和溶液中可溶的Mg、N和磷酸盐的浓度，或者在相同的pH值下，增加组成磷酸铵镁的三种离子中任一离子的含量也可以使体系中磷酸铵镁达到过饱和。磷酸铵镁的过饱和度β定义如下：

β=（Ps/Pseq）1/3 ；

Ps：一定PH值下磷酸镁铵三种离子的浓度积；

Pseq：一定PH值下磷酸镁铵的平衡条件浓度积。

磷酸镁铵沉淀的形成过程可以分为成核阶段和成长阶段。在成核阶段，组成晶体的各种离子形成晶胚。在成长阶段，组成晶体的离子不断结合到晶胚上，晶体逐渐长大达到平衡。磷酸铵镁晶体生长很复杂，不仅受溶液中传质和晶粒表面累积性质的影响，而且受环境的影响也很大：磷酸铵镁更易在表面粗糙、管道的连接处等环境因素变化的地方聚集。

1.2 体系PH对磷酸镁铵的影响

磷酸有3个H+相应的有3级电离，当PH≤8时，主要离解为H2PO4-与HPO42-，故主要的沉淀为Mg（H2PO4）2及MgHPO4；当10≤PH≤11时，其主要离解为PO43-，故主要沉淀为Mg3（PO4）2；当PH≥11时，主要产生Mg（OH）2沉淀；只有在8≤PH≤10时，主要产生磷酸镁铵沉淀。因此在酸性与中性条件下，均不利于沉淀水中的氮磷，在强碱性条件下不能沉淀氨氮。同时根据反应原理可以看出，磷酸镁铵在制备时，物料初始PH值对制备效果影响不大，最终沉淀形成取决于反应稳定后终点PH值。

2 试验部分

2.1 氨氮废液用磷酸镁铵除氮法

2.1.1 试验原料

氨氮废液，NH3-N为21060mg/l，PH=8.64。

2.1.2 试验过程

（1）PH值的确定。取氨氮废液分别置于5个烧杯中，以n（N）：n（P）：n（Mg）=1：1：1的药剂比例进行添加，搅拌30min后，用氢氧化钠调节不同PH值，再搅拌20min待PH值稳定，过滤检测滤液氨氮含量。试验结果如下。

图1 氨氮废液的除氮率

从图上可以看出，前期除氮率随PH值增大而升高，当PH=9.0时除氮率逐渐提升放缓，当PH值为9.2～9.3时，除氮率达到最高值，后期除氮率随PH值的升高而降低，因此PH值设为9.0～9.3为宜。

（2）用量的确定。①十二水合磷酸氢二钠用量的确定。取氨氮废液分别置于5个烧杯中，将n（P）分别以1.0～1.4的加药比例进行添加，其它条件不变，搅拌30min后，用氢氧化钠调节PH值至9.0，再搅拌20min待PH值稳定，过滤检测滤液氨氮含量。

在反应过程中，由于氨氮废液氨氮含量高，当n（P）逐渐增大，磷酸氢二钠加量增大，物料沉淀与析出物增多，物料流动性降低，当n（P）≥1.3时，随着反应的进行，物料逐渐粘稠最终固化而无法流动。由于物料流动性降低，固化后部分磷酸二氢钠无法有效参与反应，造成药剂浪费，且随着n（P）增大，除氮率变化不大。因此n（N）：n（P）设为1：0.9～1.0为宜。②六水合氯化镁加量的确定。取氨氮废液分别置于4个烧杯中，将n（Mg）分别以1.1～1.4的加药比例进行添加，其它条件不变，搅拌30min后，用氢氧化钠调节PH值至9.0，再搅拌20min待PH值稳定，过滤检测滤液氨氮含量。

从表中可以看出除氮率随n（Mg）的增大而升高，但当n（Mg）≥1.2后物料流动性降低，药剂无法完全参与反应，除氮率变化不明显，当n（Mg）≥1.4时，物料随着反应的进行流动性丧失，物料粘稠固话，NH+、Mg2+、PO3-4离子活度积降低，沉淀率下降。因此n（N）：n（P）设为1：1～1.1为宜。

表1 磷酸镁铵除氮法实验结果图

表2 5种氨氮废液搅拌30min后过滤检测滤液氨氮含量

表3 除氮率变化情况

表4 分别在两组药剂中进行除氮对比结果

表5 对滤液进行分段除氮的数据

2.1.3 一段除氮与分段除氮的比较

取氨氮废液分别置于两个烧杯中分为两组，第一组药剂以n（N）：n（P）：n（Mg）=1：1：1.1的比例进行添加，除氮完毕检测滤液氨氮含量；第二组药剂加量为n（N）：n（P）：n（Mg）=1：0.5：0.5，搅拌30min，用氢氧化钠调节PH值9.0，搅拌20min过滤检测滤液氨氮含量，将滤液重新置于烧杯中，药剂加量以n（N）：n（P）：n（Mg）=1：1：1.1的比例进行添加，其它条件不变，除氮完毕检测滤液氨氮含量；对两组试验进行比较如下。

从表上可以看出，二组分段添加药剂进行除氮，除氮效果更佳，而药剂加量与一组变化不大。分段除氮解决了物料粘稠导致离子活度降低的问题，使药剂充分参与反应，提升了药剂使用效率。

对第一组滤液进行分段除氮数据如下。

上表数据进一步验证了分段添加药剂，除氮效果更好，且根据上表数据可以推断出：进行多段除氮或提升二段后药剂加量，则除氮率能进一步提升。

2.1.4 试验小结

磷酸镁铵沉淀法可以有效除去氨氮废液中氨氮，除氮过程中上废液初始PH值对该反应影响不大。由于氨氮废液氨氮含量较高，因此以分段除氮则除氮效果较好。药剂添加量以n（N）：n（P）：n（Mg）=1：0.9～ 1：1～ 1.1为宜，搅拌时间为30min，用氢氧化钠调PH=9.0～9.3，再搅拌20min待反应完全且PH值稳定后过滤。