摘 要：在陜西省奧維乾元污水處理廠工程中，當(dāng)進(jìn)廠污水中氨氮濃度超過250mg/L時(shí)，采用鳥糞石沉淀法脫氮技術(shù)去除氨氮，有效地保證了污水處理廠的出水水質(zhì)滿足《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ343-2010）要求。文中介紹了鳥糞石沉淀法脫氮技術(shù)及其在該工程中的應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞：鳥糞石沉淀法脫氮技術(shù)；物化脫氮
中圖分類號：F205 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：
1 工程概況
陜西省奧維乾元污水處理站工程設(shè)計(jì)規(guī)為4600立方米/日，主要負(fù)責(zé)處理奧維乾元化工廠的生活污水、氣化廢水、地面沖洗廢水、事故污水和甲醇精餾排放水，處理后的污水水質(zhì)滿足《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ343-2010）要求，并經(jīng)提升送至城市污水處理廠集中處理。
工程中采用鳥糞石沉淀法脫氮技術(shù)去除氨氮，取得了良好的脫氮效果，為后續(xù)的生化處理創(chuàng)造了條件。
2 鳥糞石去除氨氮工藝介紹
2.1 鳥糞石及其形成機(jī)理
鳥糞石學(xué)名為磷酸銨鎂（MgNH4PO4·6H2O），英文簡稱MAP，白色粉末無機(jī)晶體礦物，相對密度1.71[1]。廢水處理中的鳥糞石沉淀法就是將Mg2 加入到含有磷酸鹽和氨氮的污水中，反應(yīng)生成難溶的鳥糞石沉淀，以實(shí)現(xiàn)廢水脫氮的方法[2]。與傳統(tǒng)活性污泥法相比，可以減少約49%的污泥體積[2]，而且對實(shí)現(xiàn)氨氮資源回收具有重大意義。
在水溶液中，鳥糞石的形成過程可以用以下三個化學(xué)方程式來描述：
Mg2 PO43- NH4 H2O→MgNH4PO4·6H2O（1）
Mg2 HPO42- NH4 6H2O→MgNH4PO4·6H2O H （2）
Mg2 H2PO4- NH4 6H2O→MgNH4PO4·6H2O 2H （3）
鳥糞石的形成受水溶液pH值的影響很大，當(dāng)溶液中Mg2 、NH4 、PO43-的活度積大于鳥糞石的溶度積時(shí)（鳥糞石的溶度積常數(shù)為3.89×10-10~7.08×10-14），會自發(fā)沉淀生成鳥糞石。
2.2 鳥糞石形成的影響因素
2.2.1 pH值
pH條件決定了組成鳥糞石的各種離子在水中達(dá)到平衡時(shí)的存在形態(tài)和活度。只有當(dāng)鳥糞石沉淀所需的各種離子的活度積超過相應(yīng)的溶度積時(shí)，沉淀才發(fā)生。
在一定的范圍內(nèi)，鳥糞石在水中的溶解度隨著pH的升高而降低；但當(dāng)pH升高到一定值時(shí)，鳥糞石的溶解度會隨pH的升高而增大。有實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)Mg2 、NH4 、PO43-的摩爾比為1:1:1，廢水溫度為室溫，反應(yīng)時(shí)間15分鐘，靜止2分鐘時(shí)，形成鳥糞石沉淀的最佳pH為8.91[3]。
2.2.2 沉淀劑的選擇
閔敏[4]等人用鳥糞石沉淀法處理養(yǎng)豬場的廢水，分別采用MgCl2 Na2HPO4、MgSO4 Na2HPO4、MgO H3PO4、Mg（OH）2 H3PO4、MgSO4 H3PO4做沉淀劑，實(shí)驗(yàn)表明MgSO4 Na2HPO4處理效果最好，氨氮去除率可達(dá)86%。
2.2.3 沉淀劑投加摩爾配比
由化學(xué)方程式（1）可知，生成鳥糞石理論的摩爾比Mg2 ：NH4 ：PO43-為1:1:1。根據(jù)同離子效應(yīng)，增大Mg2 、PO43-的配比可促進(jìn)（1）式向正反應(yīng)方向進(jìn)行，從而提高氨氮的去除率，但若增加PO43-量，則反應(yīng)后污水中殘余的磷量增加，會帶來新的污染。通常在降低磷酸鹽投加比例的同時(shí)，增加鎂鹽的投加量，可提高氨氮去除率。
劉小瀾[5]等人通過向焦化廢水中投加MgCl2·6H2O和Na2HPO4·6H2O做實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)Mg2 、NH4 、PO43-的摩爾比為1.4:1:0.8時(shí)，氨氮的去除率可達(dá)到95%以上，殘磷量為9.2mg/L。
3 污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)及工藝流程
3.1 污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)
污水處理廠處理的污水主要是奧維乾元化工廠的生活污水、氣化廢水、地面沖洗廢水、事故污水和甲醇精餾排放水，從污水綜合排放口取樣化驗(yàn)，得到污水的水質(zhì)，經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)后做為設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，詳見表3.1-1。
表3.1-1 污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)
同時(shí)，在實(shí)測的水質(zhì)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，氨氮濃度偶爾會達(dá)到400mg/L。
3.2 污水處理廠出水水質(zhì)
處理后的污水送至城市污水處理廠集中處理，排放水質(zhì)水質(zhì)滿足《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ343-2010）要求。
3.3 污水處理廠工藝流程
根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)確定污水處理廠的工藝流程，詳見圖3.3-1。
圖3.3-1 污水處理廠工藝流程圖
4 鳥糞石去除氨氮工藝的應(yīng)用
4.1 鳥糞石去除氨氮工藝在該工程中的作用
通過污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)可知，在95%以上時(shí)段，原水氨氮濃度在250mg/L以下，此時(shí)可通過生物處理使氨氮達(dá)標(biāo)排放；在極端情況時(shí)原水氨氮濃度會達(dá)到400mg/L，單純的生物處理無法達(dá)標(biāo)，可先通過加藥預(yù)處理將氨氮處理到250mg/L以下，再通過生物處理使之達(dá)標(biāo)排放。
該工藝在大部分時(shí)間運(yùn)行時(shí)不需要投加磷酸鹽和鎂鹽除氨氮，運(yùn)行成本低，處理效果能達(dá)到相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)；但當(dāng)需要時(shí)，工藝具備極端水質(zhì)應(yīng)對處理能力，不至于因來水氨氮含量過高導(dǎo)致系統(tǒng)停產(chǎn)或產(chǎn)生超標(biāo)排放問題。
工藝考慮污水在進(jìn)入生化池處理前進(jìn)行了加藥并反應(yīng)沉淀的預(yù)處理，考慮在反應(yīng)池中投加磷酸氫二鈉和氯化鎂，通過物化反應(yīng)和沉淀達(dá)到以下效果：
4.1.1 物化脫氮
通過投加磷酸氫二鈉和氯化鎂使氨氮轉(zhuǎn)變成鳥糞石固體沉淀物達(dá)到脫氮的目的。
4.1.2 物化除鈣
通過投加磷酸氫二鈉使水中的鈣和硫酸反應(yīng)，形成磷酸鈣沉淀，降低鈣離子。因?yàn)殁}離子在好氧系統(tǒng)中會和二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生碳酸鈣，結(jié)垢堵塞管道和曝氣系統(tǒng)，影響運(yùn)行狀態(tài)，降低處理效果。
4.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)
原水氨氮濃度超過250mg/L時(shí)，磷酸氫二鈉投加量為460mg/L，本工程采用純度為98%的商品磷酸氫二鈉，用藥量約為2160 kg/d；氯化鎂投加量為400mg/L，本工程采用純度為100%的商品氯化鎂，用藥量約為1840 kg/d。
混合池采用機(jī)械混合方式，混合時(shí)間60秒；沉淀池采用中心進(jìn)水周邊出水的輻流式沉淀池，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷1.38m3/m2.h。
5 結(jié)論
鳥糞石去除氨氮工藝在該工程中得到較好的應(yīng)用，在原水氨氮濃度超過250mg/L時(shí)，仍能保證污水經(jīng)過處理后達(dá)標(biāo)排放，既降低了污水廠的初期投資和運(yùn)行費(fèi)用，又不會對后續(xù)污水處理產(chǎn)生沖擊，為當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境保護(hù)做出了重要貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 鄒安華,孫體昌,邢奕,等. pH對MAP沉淀法去除肺水腫氨氮的影響[J].環(huán)境科學(xué)動態(tài),2005(4):4-6.
[2] 姚濤,蔡偉民,李龍海.磷酸銨鎂法處理含但林廢水的研究進(jìn)展[J].中國給水排水,2005,21（2）:x.
[3] 穆大剛,孟范平,趙瑩,等.化學(xué)沉淀法凈化高濃度氨氮廢水初步研究[J].青島大學(xué)學(xué)報(bào)（工程技術(shù)版）,2004,19（2）:1-2.
[4] 閔敏,黃種買.化學(xué)沉淀法去除養(yǎng)豬場廢水中氨氮的實(shí)驗(yàn)研究[J].化學(xué)與生物工程,2005,5:27-29.
[5] 劉小瀾,王繼徽,黃穩(wěn)水,等.磷酸銨鎂法處理焦化廠高濃度氨氮廢水[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2005,6（3）:65.
