以磷酸铵镁回收磷的分析探讨

2017-03-02张亚方田林青崔亚飞高岩彭赵旭

科学与财富 2016年21期

张亚方+田林青+崔亚飞+高岩+彭赵旭

摘要：随着国家对资源稀缺和水体污染等问题的密切关注，对于水体中磷的回收与去除也成为了一个不可忽视的问题。通过对常见回收方式特点的比较分析，生物法除磷的回收效果不够稳定，外界因素作用会大大影响除磷效率；而通过化学的方法能够有效控制投加药剂从而达到高效除磷的效果，其中以磷酸铵镁回收污水中的磷具有明显的优势，虽然目前应用实例并不普遍，但其前景应用价值非常大。

关键词：磷回收；磷酸铵镁；化学法；生物法

前言

磷作为生命形式不可或缺的营养元素，亦是不可再生资源，而现有的污水处理工艺对于磷的去除不但要消耗大量的能源，且只是将磷从水中转移到其它的污染媒介里，而若是以某种方式回收磷，不仅减少了磷排放，并且还实现了资源的回收。

1 常见回收磷的方式

1.1 化学沉淀方法

通过化学反应，在溶液中加入适量化学药剂与其中的磷酸根反应生成难溶盐，然后通过絮凝、沉淀、过滤等过程将难溶盐提取出来。其中应用最多的则是通过结晶的方式来实现化学除磷，按照溶度积原理，则在溶液中构成晶体的离子的活度积大于晶体的溶度积常数时，会反应生成含磷晶体沉淀。结晶法回收磷可分为羟基磷酸（HAP）回收磷和磷酸磷铵镁（MAP）回收磷[1]。

1.2 生物法除磷

生物法除磷则是利用聚磷菌的微生物对水体中的磷进行吸收与排放，回收磷分为三个过程：释放磷、摄取磷、富磷污泥的排放。释放磷则是除磷菌在厌氧条件下分解聚磷酸盐并排放出分解的正磷酸盐；摄取磷则是在除磷菌在好氧状态下吸收水体中的磷，一部分磷用来合成ATP，绝大部分磷则合成聚磷酸盐储存在除磷菌细胞中；富磷污泥的排放则是由于摄取的磷比释放的磷多从而使多余剩余含磷污泥排放[2]。

2 不同回收方式的特点比较

由上述分析，常见回收磷的方式主要分为化学法和生物法，通过表1-1对两种方式的比较，更能够客观的反应出生物法与化学法除磷效率的高低。

由表2-2可得出结论：HAP回收磷方比较容易受到各种因素的影响，局限性比较大；而以MAP方式回收磷则一方面解决了投加剂成本偏高的问题，另一方面生成的磷酸铵镁是一种很好的缓释肥，在它应用于田地的时候，肥效释放量非常缓慢，不会造成烧苗，是最具有经济效益的方法。

3 MAP常见的影响因素，工艺参数等

MAP结晶法生成MAP主要影响因素有：pH、反应物摩尔比、反应时间、反应温度等。

3.1 pH值

碱性条件下，pH值升高，则磷酸铵镁的溶解度降低；酸性条件下，PO43-的浓度降低，不利于磷酸铵镁的生成。由此选择最适pH值有利于磷酸铵镁的生成[3]。

3.2 反应物摩尔比

磷酸铵镁结晶的形成则取决于磷酸根离子、镁离子、铵根离子的离子活度之积是否达到磷酸铵镁的溶度积。只有达到磷酸铵镁的标准溶度积，结晶才会形成。因此通过控制反应物摩尔比来高效率的生成磷酸铵镁[4]。

3.3 反应时间

生成磷酸铵镁的反应时间取决于晶体的成核速度和成长速度，而晶体开始成核所需时间称为诱导时间。通过缩短诱导时间，提高过饱和度，从而实现更高效率的生成磷酸铵鎂晶体[5]。

3.4 其他影响因素

磷酸铵镁的生成除了受反应物配比、pH、时间的影响，还会受搅拌速度、温度、废水中其他离子，磷初始浓度等的影响。只有在相对适宜的情况下，控制反应条件，使得磷酸铵镁的生成效率达到最高[6]。

4 MAP回收的工程实例

化学法除磷的方式虽然应用普遍，但以磷酸铵镁回收磷，在国内外应用却是比较少。具体工程实例有天津津南污水厂、荷兰AmsterdamWest污水厂Watemet、荷兰Reest&Wieden项目、德国CNP技术。

以天津津南污水厂为例：根据进出水水质特点和要求，天津津南污水处理工艺具有除磷、硝化和反硝化功能的二级生物处理和深度处理。其中磷回收系统完成冷调试，顺利移交了核心控制操作器。而污水处理厂的总体工艺流程包括：一级机械预处理段、二级生物处理段、三级深度处理段和污泥处理段。无论是在技术还是工艺上都实现了高处理要求[7]。

参考文献

[1]张春阳.结晶法除磷技术的发展与应用[J].节能技术，2006，24（1）：63-69.

牛艳红.污水处理中除磷方法的利弊分析[J].河北工业科技，2006，23（6）：357-359.

[2]张蕊.MAP和HAP结晶法除磷工艺研究[D].北京：北京市环境保护科学研究院，2012.

[3]马静.基于源控制点的磷酸铵镁结晶法去除与回收磷研究[D].山东：济南大学，2012.

[4]邹雪.利用鸟粪石沉淀法从含磷废水中回收磷的实验研究[D].北京：北京交通大学，2007.

[5]陶飞飞.磷酸铵镁结晶法回收低磷废水中的磷[D].上海：东华大学，2010.

[6]孙鹏.天津市津南环兴污水处理厂升级改造工程工艺选择与分析[M].天津：全国排水委员会2015年年会论文集，2015.

[7]方海峰.从废水中回收磷的主要方法和常见工艺[J].环境科学与技术，2007，30，（10）：104-107

项目及编号：郑州大学大学生创新创业训练计划领导小组资助项目（2016xjxm165）

基金项目：高等学校重点科研项目（17A560029）

郑州大学大学生创新创业训练计划领导小组资助项目（2016xjxm165）