Ca2+对磷酸铵镁沉淀法处理垃圾渗滤液效果的影响

王雅楠 杨军

摘要    生活垃圾渗滤液中存在着大量Ca2+，会对磷酸铵镁沉淀法处理渗滤液产生一定影响。通过试验设置渗滤液中不同浓度Ca2+，探索其对磷酸铵镁沉淀法降低COD和氨氮效果的影响。结果表明，磷酸铵镁沉淀法对氨氮的去除率从65.12%下降至37.87%，对COD的去除率也从51.90%下降至42.52%。因此，垃圾渗滤液中Ca2+的含量会影响Mg2+与PO43-、氨氮结合，降低氨氮和COD的去除率。

关键词    Ca2+;磷酸铵镁;化学沉淀法;垃圾渗滤液;处理效果

中图分类号    X799.3;X703        文献标识码    A        文章编号   1007-5739（2019）09-0163-02

Abstract    There is a large amount of Ca2+ in leachate of household garbage，and they will have a certain impact on leachate treatment by ammonium magnesium phosphate precipitation.By setting different concentrations of Ca2+ in the leachate，a test was conducted to explore the effect of Ca2+ on the reduction efficiency of COD and ammonia nitrogen in the leachate by magnesium ammonium phosphate precipitation method.The results showed that the removal rate of ammonia nitrogen by ammonium magnesium phosphate precipitation method decreased from 65.12% to 37.87%，and the removal rate of COD also decreased from 51.90% to 42.52%.Therefore，the Ca2+ content in landfill leachate can affect the binding of Mg2+ with PO43- and ammonia nitrogen，and reduce the removal rate of ammonia nitrogen and COD.

Key words    Ca2+;magnesium ammonium phosphate;chemical precipitation;landfill leachate;treatment efficiency

1    背景及目的

1.1    垃圾滲滤液现状

现代城市垃圾的产出量随着城市规模的不断扩大显著增加，垃圾种类繁多且成分也十分复杂。在袁志宇的统计报告中，我国城市垃圾年产量超1.4亿t，并且正在以每年8%～10%的速度增长[1-2]。固体废弃物的处理处置常见方法一般有卫生填埋、焚烧、堆肥。这些方法中，卫生填埋以其投资少和运行成本低廉的优势最为常用。

兰州市的地形特点是黄河两边为山峰和沟壑，因而卫生填埋就成为了处理兰州市生活垃圾比较理想的方法[3]。在生活垃圾的填埋过程中，地表水和地下水的浸透、雨水的冲刷淋溶以及微生物的分解作用使垃圾产生具有严重污染性、浓度极高并具有毒害作用的垃圾渗滤液[4]。在2010年的一份调查报告中显示，我国由城市垃圾填埋所产生的渗滤液的COD高达32.46万t，氨氮也有约3.22万t[5]。目前，作为一种具有严重污染性的废水，渗滤液处理已经成为当下废水处理项目中的研究热点。

垃圾渗滤液具有组成成分种类繁多、变化范围较广、浓度极高的特点，目前已检测到的有机污染物有63种[6]，故不易被处理，并且会对周围环境及水体产生较大的危害。在降解过程中，渗滤液会经过调整期、过渡期、酸形成期、甲烷形成期和成熟期等5个阶段，其中含有的成分在经过很长一段时间的降解后才能达到稳定，此后的降解速率会更加缓慢。这个过程需要6～15年。

目前，垃圾渗滤液的主要处理方法是生物处理法、土地处理法以及物化处理法[7]。其他方法也有使用，但以上3种处理方法原理简单、操作方便，更易在实际中应用，因而成为了主流方法。其中，物化处理法针对兰州市生活垃圾渗滤液BOD5/COD较低且降水量根据季节变化的特点更为适用。但由于物化处理运行成本较高，故多用于对垃圾渗滤液的预处理或深度处理[8]。在这些物理化学法中，又分别根据不同的适用条件分为化学混凝法、化学沉淀法、物理吸附法、微波化学法以及氧化剂氧化法。

1.2    磷酸铵镁沉淀法

磷酸铵镁（MAP）俗称为鸟粪石，属于无定型沉淀，微溶于水。磷酸铵镁沉淀法属于化学沉淀法。它是在具备合适条件下的渗滤液中加入Mg2+和PO43-，使其与废水中的氨氮生成磷酸铵镁沉淀物（0 ℃时其溶解度仅为0.23 g/mol），从而减少出水的氨氮[9]。与传统活性污泥法相比，该方法可以减少49%的污泥体积[10]。

磷酸铵镁化学法作为一种较为成熟的技术，常与其他技术相结合，可有效去除水中的色度、COD及氨氮。该技术具有反应时间短、材料易得且容易控制等优点，并且生成的磷酸铵镁沉淀物经过一系列提纯处理后可以用作农业肥料。

1.3    Ca2+对渗滤液的影响

在垃圾渗滤液中含有十几种金属离子，其中Ca2+的含量极高，能达到4 300 mg/L。在岳秀[9]对垃圾渗滤液的研究报告中显示，Ca2+的浓度也高达2 250 mg/L。Ca2+和PO43-与氨氮反应会生成磷酸铵钙的白色沉淀，在磷酸铵镁沉淀中Ca2+和Mg2+存在竞争关系。垃圾渗滤液中大量的Ca2+会影响Mg2+和PO43-与氨氮结合。在废水中Ca2+与Mg2+共存的条件下，PO43-会优先与Ca2+发生化学反应，从而抑制磷酸铵镁结晶反应[9]。本次试验即设置不同Ca2+浓度的渗滤液以探索Ca2+对磷酸铵镁沉淀法降低氨氮和COD的影响。

2    材料与方法

2.1    试验材料

本次试验所用垃圾渗滤液来自于兰州市皋兰县忠和镇丰泉环保公司填埋场的渗滤液。经过测定，渗滤液COD为8 525 mg/L，氨氮为350.2 mg/L。另外，此次试验所需的主要药品分别为MgCl2·6H2O、NaH2PO4·2H2O、CaCl2。

2.2    试验方法

先通过试验得出氨氮和COD的标准曲线，然后测定处理后水样的COD和氨氮，测定Ca2+对磷酸铵镁沉淀法的影响。

取1 750 mL垃圾渗滤液放置至室温，然后分为7组水样至燒杯，每份250 mL;调节垃圾渗滤液酸碱度，使pH值=9;之后按Mg2+、NH4+、PO43-比例为1∶1∶1加入试剂，再按Mg2+与Ca2+比例分别为2.5∶0、2.5∶0.2、2.5∶0.6、2.5∶0.8、2.5∶1、2.5∶1.2、2.5∶1.4进行编号（分别编号为1、2、3、4、5、6、7）。另外设置一组空白样，以蒸馏水水样作为对照，编号为8号。加入上述试剂后搅拌20 min，静置20 min，过滤，最终测定COD和氨氮含量。

3    结果与分析

3.1    试验现象

加入MgCl2·6H2O和NaH2PO4·2H2O后，1号至7号烧杯中均出现沉淀，上清液呈灰色，颜色较浅，在加入MgCl2·6H2O后，上清液变得浑浊，但搅拌后与之前上清液无异。沉淀2 min后，2号至7号沉淀依次增多，上清液颜色相差不大;沉淀20 min后，2号至7号沉淀依次增多，过滤速度依次变小。

3.2    添加Ca2+对磷酸铵镁沉淀法降低氨氮的影响

由紫外分光光度计测定后，得到一系列值，带入氨氮标准曲线方程，最终得到各处理相应的氨氮去除率（表1）。

从表1可以看出，Ca2+含量会影响磷酸铵镁沉淀法的处理效果，氨氮去除率随着Ca2+含量的增加逐渐下降，在Mg2+∶Ca2+为2.5∶1.4时，去除率降为37.87%，下降趋势如图1所示。可以看出，Ca2+的含量会影响氨氮去除率，Ca2+含量越高，氨氮去除率越低。

3.3    添加Ca2+对磷酸铵镁沉淀法降低COD的影响

由紫外分光光度计测定后，得到一系列值，带入COD标准曲线方程，最终得到各处理相应的COD去除率（表2）。

从表2可以看出，Ca2+含量会影响磷酸铵镁沉淀法的处理效果，COD去除率随着Ca2+含量的增加逐渐下降，在Mg2+∶Ca2+为2.5∶1.4时，去除率降为42.52%，下降趋势如图2所示。可以看出，Ca2+含量会影响COD去除率，Ca2+含量越高，COD去除率越低。

4    结论与讨论

试验结果表明，在使用磷酸铵镁沉淀法处理垃圾渗滤液的过程中，Ca2+含量增加会降低氨氮和COD的去除率，Ca2+含量越高，氨氮和COD的去除率下降得越多。由此说明，Ca2+会影响Mg2+与PO43-、氨氮的结合。

在实际应用过程中，磷酸铵镁沉淀法因其操作简单方便、反应时间短、添加物容易得到的特点已被广泛应用在废水处理中。反应的沉淀物磷酸铵镁因富含N、P元素，经过一系列处理可以用作农业肥料，但在反应中需要控制Ca2+含量，以免其与Mg2+竞争，降低处理效率。在实际应用时，还要根据实际渗滤液的浓度、成分等情况，设置更合适的反应条件和物料投加量，以达到最佳的反应条件，获得最高的处理效率。

5    致谢

感谢杨军老师对试验过程以及论文撰写进行了精心指导，在此向尊敬的杨老师表示诚挚的谢意。

6    参考文献

[1] 袁志宇.常温下生活垃圾渗滤液处理工艺研究[D].武汉：武汉理工大学，2010.

[2] 孟了，熊向陨，马箭.我国生活垃圾渗滤液处理现状及存在问题[J].给水排水，2003，29（10）：26-29.

[3] 张春丽.兰州市城镇生活垃圾的处理现状及对策[J].科技创新导报，2008（13）：102.

[4] FOO K Y，HAMEED B H.A overview of landfill leachate treatment via activited carbon adsorption process[J].Journal of Hazardous Materials，2009，117：54-60.

[5] 宋燕杰，彭永臻，刘牡，等.生物综合工艺处理垃圾渗滤液的研究进展[J].水处理技术，2011，37（4）：9-13.

[6] 聂发辉，李文婷，刘占孟，等.垃圾渗滤液处理技术的研究进展[J].华东交通大学学报，2013，30（2）：21-27.

[7] 孙宏亮.电化学处理垃圾渗滤液的研究[D].西安：长安大学，2008.

[8] 张徵晟.高级氧化技术处理垃圾渗滤液的研究进展[J].四川环境，2005，24（5）：72-78.

[9] 岳秀.垃圾渗滤液的预处理方法及其机理研究[D].长沙：湖南大学，2011.

[10] OHLINGER K N，YOUNG T M，SCHROCDER E D.Predicting struvite formation indigestion[J].Wat Res，1998，32：3607-3614.

基金项目   兰州市科技计划项目（2016-3-65）。

作者简介   王雅楠（1992-），女，山西洪洞人，在读硕士研究生。研究方向：固体废弃物处置及资源化。

收稿日期   2019-01-11