D0I:10.13374/i.issnl00113.2007.06.025 第29卷第6期 北京科技大学学报 Vol.29 No.6 2007年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2007 化学沉淀法从氨氮废水中回收磷酸铵镁 邹安华孙体昌宋存义邢奕 郭素红 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要在模拟氨氮废水中进行磷酸铵镁(MAP)沉淀实验，研究回收MAP的适宜条件.结果表明：在pH值8.0~11.0之间 时生成的沉淀主要成分为MAP:当pH值为10.0，离子配比n(NH时)：n(Mg2):(P0)控制在1：1.4：1时得到的晶体纯度 较高，沉淀量可达3.14gL-1,此时氨氨去除率为91.5%.分析表明回收MAP可以大幅度降低化学沉淀法的成本，有利于该 方法的实际应用 关键词废水处理；氨氮废水；磷酸铵镁：化学沉淀；X射线衍射 分类号X703.1 化学沉淀法作为废水脱氨技术近年来在国内外 浓度200mgL一的溶液作为模拟水样，实验时取若 受到广泛重视】.通过向氨氨废水中加入含 干烧杯分别量400mL水样，用质量分数为10%的 Mg2+和P0离子的药剂，反应生成难溶复合盐磷 NaOH溶液调整到设定pH值，按不同配比依次投 酸铵镁(MAP)沉淀从而实现废水脱氨).该方法不 加沉淀剂Na2HP0412H20和MgCl2.6H20,各药剂 仅可以处理不同浓度、不同性质的氨氮废水，而且 均为分析纯，同时用电动搅拌仪进行搅拌，反应温度 MAP可回收用作农用缓释肥、饲料添加剂、化学试 为常温，反应时间为5min反应结束静置沉淀 剂、阻火剂及水泥粘接剂等].通过化学沉淀法 10min,然后使用自制真空抽滤装置将沉淀与上清 从氨氨废水中回收的MAP,其产品的市场价值可以 液分离，测定上清液的剩余氨氨质量浓度·沉淀在 抵消大部分，甚至超过所需化学药剂的成本)].因 40℃下烘干5h后称量，分析沉淀组成及晶态等. 此使用化学沉淀法预处理，再与其他方法如生物法 1.3分析方法 等相结合处理中、高浓度氨氨废水是很有前途的脱 氨氨采用纳氏试剂分光光度法测定0，沉淀采 氨工艺，同时对实现废水资源化具有重要的意 用X射线衍射和扫描电镜分析成分并观察形貌， 义[).本文用模拟氨氯废水进行MAP沉淀实验， 主要研究了反应的pH值和离子配比对沉淀量及晶 2实验结果和讨论 体纯度的影响，探索了回收MAP沉淀的适宜条件， 2.1pH值对沉淀物成分的影响 1 实验 MAP的沉淀主要是一个化学和物理反应过程， PH是影响反应的重要因素，根据式(I),反应时离 1.1实验原理 子配比n(NHt):n(Mg2+)'n(P0)按照11：1 MAP沉淀法脱氨的化学反应方程式如下： NH+Mg2++PO+6H20 进行，把沉淀剂Na2HP04·12H20和MgC2.6H20 按此配比加入模拟氨氮废水，在不同pH值下反应， MgNH4PO4-6H2O (1) 图1为沉淀物的X射线衍射数据及检索的JCPDS 磷酸铵镁的溶度积常数Kp=2.51×10-13 标准衍射图谱. (25℃)[，理论上该反应速度快，进行完全·根据 分析图1可见：pH值在8.0~10.0时，生成沉 MAP的相对分子质量计算每去除1gNHN可以 淀和MAP的标准衍射数据基本吻合，表明沉淀为 生成17.5g沉淀 MAP晶体.pH值为8.O时图谱中非晶相的积分面 1.2试样与实验方法 积相对较大，结晶还不很完全；随着pH值升高，衍 用去离子水和一定量NH4Cl配制成氨氨质量 射峰强度逐渐增强，峰形逐渐明锐，说明晶粒在逐渐 收稿日期：2006-01-09修回日期：2006-04-10 长大，晶相结构趋于完善；当pH值为11.0时，生成 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。·50374006) 沉淀主要为MAP,但在20=11.10°，16.68°，22.28° 作者简介：邹安华(1972一)：男，博士研究生；孙体昌(1957一)，男， 教授，博士生导师 等处出现了Mg3(PO4)2晶体的特征峰，表明沉淀中化学沉淀法从氨氮废水中回收磷酸铵镁 邹安华 孙体昌 宋存义 邢 奕 郭素红 北京科技大学土木与环境工程学院‚北京100083 摘 要 在模拟氨氮废水中进行磷酸铵镁（MAP）沉淀实验‚研究回收 MAP 的适宜条件．结果表明：在 pH 值8∙0～11∙0之间 时生成的沉淀主要成分为 MAP；当 pH 值为10∙0‚离子配比 n（NH ＋ 4 ）∶n（Mg 2＋）∶n（PO 3－ 4 ）控制在1∶1∙4∶1时得到的晶体纯度 较高‚沉淀量可达3∙14g·L －1‚此时氨氮去除率为91∙5％．分析表明回收 MAP 可以大幅度降低化学沉淀法的成本‚有利于该 方法的实际应用． 关键词 废水处理；氨氮废水；磷酸铵镁；化学沉淀；X 射线衍射 分类号 X703∙1 收稿日期：2006－01－09 修回日期：2006－04－10 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50374006） 作者简介：邹安华（1972－）‚男‚博士研究生；孙体昌（1957－）‚男‚ 教授‚博士生导师 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［1－2］．通过向氨氮 废 水 中 加 入 含 Mg 2＋和 PO 3－ 4 离子的药剂‚反应生成难溶复合盐磷 酸铵镁（MAP）沉淀从而实现废水脱氮［3］．该方法不 仅可以处理不同浓度、不同性质的氨氮废水‚而且 MAP 可回收用作农用缓释肥、饲料添加剂、化学试 剂、阻火剂及水泥粘接剂等［4－5］．通过化学沉淀法 从氨氮废水中回收的 MAP‚其产品的市场价值可以 抵消大部分‚甚至超过所需化学药剂的成本［6］．因 此使用化学沉淀法预处理‚再与其他方法如生物法 等相结合处理中、高浓度氨氮废水是很有前途的脱 氮工艺‚同时对实现废水资源化具有重要的意 义［7－8］．本文用模拟氨氮废水进行 MAP 沉淀实验‚ 主要研究了反应的 pH 值和离子配比对沉淀量及晶 体纯度的影响‚探索了回收 MAP 沉淀的适宜条件． 1 实验 1∙1 实验原理 MAP 沉淀法脱氮的化学反应方程式如下： NH ＋ 4 ＋Mg 2＋＋PO 3－ 4 ＋6H2O MgNH4PO4·6H2O↓ （1） 磷酸铵镁的溶度积常数 Ksp ＝2∙51×10－13 （25℃） ［9］．理论上该反应速度快‚进行完全．根据 MAP 的相对分子质量计算每去除1g NH ＋ 4 －N 可以 生成17∙5g 沉淀． 1∙2 试样与实验方法 用去离子水和一定量 NH4Cl 配制成氨氮质量 浓度200mg·L －1的溶液作为模拟水样‚实验时取若 干烧杯分别量400mL 水样‚用质量分数为10％的 NaOH 溶液调整到设定 pH 值‚按不同配比依次投 加沉淀剂 Na2HPO4·12H2O 和 MgCl2·6H2O‚各药剂 均为分析纯‚同时用电动搅拌仪进行搅拌‚反应温度 为常温‚反应时间为 5min．反应结束静置沉淀 10min‚然后使用自制真空抽滤装置将沉淀与上清 液分离‚测定上清液的剩余氨氮质量浓度．沉淀在 40℃下烘干5h 后称量‚分析沉淀组成及晶态等． 1∙3 分析方法 氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定［10］‚沉淀采 用 X 射线衍射和扫描电镜分析成分并观察形貌． 2 实验结果和讨论 2∙1 pH 值对沉淀物成分的影响 MAP 的沉淀主要是一个化学和物理反应过程‚ pH 是影响反应的重要因素．根据式（1）‚反应时离 子配比 n（NH ＋ 4 ）∶n（Mg 2＋）∶n（PO 3－ 4 ）按照1∶1∶1 进行‚把沉淀剂 Na2HPO4·12H2O 和 MgCl2·6H2O 按此配比加入模拟氨氮废水‚在不同 pH 值下反应‚ 图1为沉淀物的 X 射线衍射数据及检索的 JCPDS 标准衍射图谱． 分析图1可见：pH 值在8∙0～10∙0时‚生成沉 淀和 MAP 的标准衍射数据基本吻合‚表明沉淀为 MAP 晶体．pH 值为8∙0时图谱中非晶相的积分面 积相对较大‚结晶还不很完全；随着 pH 值升高‚衍 射峰强度逐渐增强‚峰形逐渐明锐‚说明晶粒在逐渐 长大‚晶相结构趋于完善；当 pH 值为11∙0时‚生成 沉淀主要为 MAP‚但在2θ＝11∙10°‚16∙68°‚22∙28° 等处出现了 Mg3（PO4）2 晶体的特征峰‚表明沉淀中 第29卷 第6期 2007年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．6 Jun．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．06．025