MPA脱氮除磷法.docx
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MPA脱氮除磷法
探讨磷酸铵镁对生产废水的处理效果
一、实验目的
2、掌握污水生化处理中对主要考核的指标：
COD、氨氮、总磷、DO、SS、PH等处理的工序的原理；
3掌握污水生化处理的一般流程；
4、掌握根据不同出水水质指标要求所控制的运行条件及控制方法；
5、了解废水处理系统运行的调试、运行、控制方法；
6、掌握水处理实验方案的编制要点；
7、掌握基本的仪器的正确使用和操作；
8、掌握正确的取样方法；
9、掌握对实验数据的记录、整理和分析；
二．MAP除磷脱氮的基本原理
向含NH4+和PO43-的废水中添加镁盐，发生的主要化学反应如下：
Mg2++HPO42-+NH4++6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓+H+
（1）
Mg2++PO43-+NH4++6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓
（2）
Mg2++H2PO4-+NH4++6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓+2H+（3）
再经重力沉淀或过滤，就得到MAP。
其化学分子式是MgNH4PO4·6H2O，俗称鸟粪石；它的溶度积为2.5×10-13。
因为它的养分比其它可溶肥的释放速率慢，可以作缓释肥（SRFs）；肥效利用率高，施肥次数少；同时不会出现化肥灼烧的情况。
Mg2+，NH4+，PO43-三者在反应过程中的比例
在处理氨氮废水方面，将H3PO4加入到含有MgO的固体粉末中制成一种乳状液，对2.47×10-3mol/L氨氮废水进行处理，得出H3PO4与MgO的物质的量之比大于1.5时，氨氮去除率最高（90％以上），当进水氨氮质量浓度为42mg/L，在最佳条件下，氨氮质量浓度可降到0.5mg/L以下[1]。
赵庆良[2]等人对5618mg/L氨氮的垃圾渗滤液进行处理，按n（Mg2+）:
（NH4+）:
n（PO43-）=1:
1:
1投加氯化镁和磷酸氢二钠，废水中氨氮质量浓度降为172mg/L，过量投加10％的镁盐或磷酸盐，氨氮质量浓度可分别降为112mg/L和158mg/L，继续提高镁盐或磷酸盐的量，废水中剩余氨氮质量浓度处在100mg/L左右，很难进一步降低。
笔者对某一合金厂的质量浓度为1600mg/L的氨氮废水进行处理，按最佳配比n（Mg2+）:
（NH4+）:
n（PO43-）=1.3:
1:
1，加入硫酸镁和磷酸氢二钠，氨氮质量浓度可降到60mg/L，对某炼油厂的氨氮含量高（1231mg/L）的废水用此方法处理，氨氮质量浓度可降到112mg/L。
在除磷方面，国外有人证明，晶体纯度与初始氨氮质量浓度有关，最佳比例n（Mg2+）:
（NH4+）:
n（PO43-）=1:
1.6:
1，磷、镁去除率达95％以上[3]。
Katsuura[4]认为n（Mg）:
n（P）为1.3:
1时，除磷效果最好。
3．实验装置设备与过程
（一）N:
P:
Mg比例对处理效果的影响
1、仪器设备
六联搅拌器、氨氮用纳氏试剂光度法测定、PO43-－P采用钼锑抗分光光度法测定。
2、、实验步骤
（1）取一定量污废水，测定其氮磷浓度
（2）取600mL污废水，加入1000mL大烧杯中，至于搅拌器上
（3）调节PH值。
滴加5mol／L的NaOH至PH=10为止
（4）加入沉淀剂添加比例n（Mg）∶n（N）∶n（P）＝1∶1∶1，1:
1.5:
1,1:
1:
1.5、1.5：
1:
1
（5）搅拌反应20min后，静置沉淀，取上清液测氮磷
（二）PH对处理效果的影响
2、试验材料
1、电子天平
2、磁力搅拌器
3、比色仪
4、电热恒温鼓风干燥箱
5、振荡器
6、烧杯
7、玻璃棒
8、PH值测定仪
9、100ml量筒
10、NaOH调节溶剂（5mol/L）
3、实验方法
取400mg/L的模拟废水进行实验，在实验前，先测定一次Ph值色度、cod和作为基础数据对比。
将待测的废水取100ml，放入150ml的烧杯中，置于搅拌器上进行搅拌反应，用PH值测定仪控制反应的PH值，用NAOH调节反应的PH值，分别调整PH到8、9、10、11，分别放入4个烧杯中待投药
在每个烧杯中加入固定量的磷酸铵镁沉淀溶剂，待其反应10min
待反应结束后静置2h后取上清液分析。
分析方法：
采用纳氏试剂光度法测定
取标准液于比色管中，加至标准线，加入1ml救石酸钾纳溶液，混匀。
加1.5ml纳氏试剂，混匀。
10min后，在500波长下，放入光度仪测量。
cod采用重铬酸钾测定
移液管移水样5.00mL于消解罐中，加入5.00mL消解液（重铬酸钾），即时摇匀，再加入5.00mL催化剂（硫酸-硫酸银溶液），摇匀。
另做一空白样，加5.00mL蒸馏水，其他照加。
放入微波炉消解
消解液倒入锥形瓶中，冲洗消解罐3次，加2滴指示剂，用硫酸亚铁铵回滴，颜
色由黄经蓝绿至红褐色，即为终点
标定硫酸亚铁铵溶液 ，最后计算COD值。
色度使用比色仪测定
4、实验结果分析
将每个PH下测定的、COD和色度做成PH，去除率曲线，便可求最佳PH值
（3）反应时间对处理效果的影响
二．仪器与试剂
仪器:
ＨＪ－3A恒温磁力搅拌器；ＰＨＳ－３Ｃ精密ｐＨ计；７２１Ｅ分光光度计；ＤＤＳ－３０７电导率仪；ＡＥＬ－２００电子天平；日本岛津ＸＲＤ－６０００Ｘ－射线衍射仪；Ｑｕａｎｔａ２０００型环境扫描电镜，秒表，烧杯，玻璃棒，100mL量筒
试剂：
Ｎａ２ＨＰＯ４?
１２Ｈ２Ｏ、ＮＨ４Ｃｌ、ＭｇＣｌ２?
4Ｈ２Ｏ,均为分析纯。
三．反应时间的影响
在反应温度为２５℃，ｐＨ＝10，ｎ（Ｍｇ）：
ｎ（Ｐ）：
ｎ（Ｎ）＝１．０：
１．０：
１．０，物质浓度为０．１ｍｏｌ／Ｌ，沉淀剂以固体方式加入，陈化时间为２０ｍｉｎ，在不同反应时间的条件下，考查了脱氮除磷效果，由表２可以看出各个反应时间的条件下，脱氮除磷效果相差不大。
但在反应时间为１０ｍｉｎ、２０ｍｉｎ得到的沉淀颗粒较小，沉淀的沉降速度很慢，沉淀疏松。
而反应时间为３０ｍｉｎ及以上。
时间时，得到的沉淀颗粒较大，沉淀的沉降速度明显较快，沉淀结实。
由Ｍｇ２＋，ＮＨ４＋，ＰＯ４３－三种离子生成ＭｇＮＨ４ＰＯ４?
６Ｈ２Ｏ沉淀的反应速率很快，在反应的过程中观察到随着镁盐的加入，立即就能观察到白色浑浊现象，并且反应时间进行到２５ｓ左右后，体系的ｐＨ值就基本保持稳定，说明绝大部分的Ｍｇ２＋，ＮＨ４＋，ＰＯ４３－都生成ＭｇＮＨ４ＰＯ４?
６Ｈ２Ｏ沉淀。
综合考虑各方面因素，反应时间为３０ｍｉｎ比较。
表２不同反应时间条件下脱氮除磷效果比较
（4）陈化时间对处理效果的影响
沉淀完成后,让初生的沉淀与母液一起放置一段时间,这个过程称为“陈化”。
在陈化的过程中,小晶粒逐渐溶解,大晶粒进一步长大,因为在同一条件下,小晶粒的溶解度比大晶粒大。
通过陈化来增大沉淀晶粒的粒度,从而降低沉淀的溶解度,提高氨氮和磷酸盐的去除率。
在反应温度为15℃,pH=10.0,氨氮浓度为0.1mol/L,沉淀剂以固体方式加入,n（Mg）:
n（P）:
n（N）=1.0:
1.0:
1.0,反应时间为30min,不同陈化时间的条件下,考查了脱氮除磷效果,由表6可以看出,陈化时间为0.33h、0.5h、1h、2h时,氨氮和磷酸盐的去除率差别不大,陈化时间为5h、24h、48h时,随着陈化时间的增长,磷酸盐的去除率有明显的降低,氨氮的去除率有一定的增大。
镜检观察到通过陈化,沉淀颗粒有明显的增大。
这样的结果可能是陈化过程,磷酸铵镁沉淀晶粒增大,溶解度减小,而其他形式的磷酸盐沉淀少部分溶解,使处理液中残磷量增加,残氮量减少。
所以陈化时间一般选择20min左右为宜。
不同陈化时间脱氮除磷效果比较
陈化时间（h
磷酸离子去除率
残磷量（mg/L）
氨离子去除率
残氮量（mg/L）
0.33
99.59
14.10
96.44
49.80
0.5
99.58
14.38
96.46
49.60
1
99.37
21.41
96.75
45.46
2
99.25
25.68
97.44
35.78
5.5
97.42
87.90
97.85
30.17
24
96.82
108.58
98.53
20.57
48
96.46
12.80
98.71
18.00
（五）搅拌速度对处理效果的影响
一）.实验仪器：
HJ-3A恒温磁力搅拌器
（二）实验试剂：
（二）实验步骤：
2.1.实验方法：
精确称取一定量的Na2HPO4.12H2O和NH4Cl加入到盛有一定量蒸馏水的500ml烧杯中，在磁力搅拌器上充分搅拌均匀。
精确称取一定量的MgCl2.6H2O,一定方式加入烧杯中，用精密PH计监测溶液PH值，调节搅拌速度为（200r/min），在一定的PH值，（用一定浓度的NaOH和HCI调节PH值）条件反应一定时间，然后静置一定的时间，过滤。
沉淀50度C下烘干24h.分许处理液中磷酸盐和氨氮的含量，分析处理液中磷酸盐和氨氮的含量,分析沉淀物的组成。
2.2.不同搅拌速度的影响
由以上表可以看出几种搅拌速度条件下所得沉淀物的组成相差不大，搅拌速
度为 500r/min 时的磷和镁含量稍微偏高。
可以看出，搅拌速度为 50r/min 和 500r/min 所得沉淀物的晶形较差，而搅拌速度
为 200r/min 和 300r/min 所的沉淀物的晶形较好。
根据晶体学相关理论，搅拌速度
太大会使二次成核的晶核增多，搅拌速度太小又会造成“局部过浓”现象，也会
形成大量的晶核，都会使所得沉淀颗粒度小。
可见，选择搅拌速度为 200r/min 左右下进行为宜。
（六）水温对处理效果的影响
水温的影响
分别探讨反应温度的条件下的处理效果。
实验仪器：
仪器：
ＨＪ－３Ａ恒温磁力搅拌器；ＰＨＳ－３Ｃ精密ｐＨ计；７２１Ｅ分光光度计；ＤＤＳ－３０７电导率仪；ＡＥＬ－２００电子天平；日本岛津ＸＲＤ－６０００Ｘ－射线衍射仪；Ｑｕａｎｔａ２０００型环境扫描电镜。
烧杯。
试剂：
Ｎａ２ＨＰＯ４?
１２Ｈ２Ｏ、ＮＨ４Ｃｌ、ＭｇＣｌ２?
６Ｈ２Ｏ都是分析纯。
实验步骤：
取一定量的废水，加入烧杯中，根据氨氮浓度为0.1mol/L和Mg:
P:
N=1.0:
1.0:
1.0,加入一定量的和，在磁力搅拌器上充分搅拌均匀，使反应体系保持在一定温度（10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、40℃、50℃）。
精确称取一定量的镁盐加入烧杯中，调节PH值=9.,保持一定搅拌速度为２００ｒ／ｍｉｎ，反应时间为30min,陈华时间为20min，沉淀在５０℃下烘干２４ｈ。
分析处理液中磷酸盐和氨氮的含量，分析沉淀物的组成。
四、组员分工
日期工作内容
星期一
星期二
星期三
星期四
星期五
星期六
星期天
进/出水COD的测定
党勇王向阳
进/出水PH的测定
吴俊达李海东
进/出水SS的测定
张燎
刘春雨
进/出水DO的测定
黄树群
廖琳
进/出水总氮的测定
庞力
范红军
进/出水总磷的测定
张晓康
刘文文
浊度
曾勇
黄妮
卫生
五、分析指标
序号
指标
方法
标准
频率
1
PH
PH仪直接测定
GB18918-2002
7
2
DO
溶解氧仪直接测定
7
3
总氮
纳氏比色法
GB18918-2002
7
4
总磷
钼锑抗分光光度法
GB18918
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