唐尚联1，曾成华2
（1.川化集团有限责任公司，四川 成都 610301；2.攀枝花学院，四川 攀枝花 617000)
［摘 要］目前攀西地区提钒企业高浓度氨氮废水（氨氮含量一般在2 600～2 800 mg/L）普遍采用吹脱法处理，存在诸多缺点。以钠化提钒废水为研究对象，用化学沉淀法对废水中的高浓度氨氮进行脱除处理，即用镁盐、磷酸盐将废水中的氨氮转化为磷酸铵镁沉淀而予以回收。为探索采用化学沉淀法处理高浓度氨氮废水的最佳工艺条件，考察了药剂组合、N∶P∶Mg（摩尔比）、pH、反应温度、搅拌时间对氨氮脱除率（以纳氏试剂分光光度法测定废水中的氨氮含量）的影响，并以XRD和X射线荧光半定量分析法对沉淀物进行表征分析。试验结果表明：药剂组合为MgCl2·6H2O+Na2HPO4·12H2O，在pH=9.5、N∶P∶Mg =1.0∶1.4∶1.1、反应温度35 ℃、搅拌时间50 min（搅拌器转速100 r/min）的条件下，氨氮脱除效果最佳，氨氮脱除率可达94.57%；得到的沉淀物中磷酸铵镁含量高达90.57%，具有良好的回收利用价值。
［关键词］高浓度氨氮废水；化学沉淀法；试验方法；脱氨率；影响因素研究；正交试验；沉淀物表征分析
［中图分类号］X703.1 ［文献标志码］A ［文章编号］1004-9932（2023）04-0070-05
0 引 言
钠化提钒主要工艺为钠化焙烧—水浸溶钒—铵盐沉钒，提钒废水中氨氮含量一般在2 600～2 800 mg/L之间，属高浓度氨氮废水，需经脱氨处理达标后方可排放，氨氮脱除的方法主要有生物法、吹脱法及化学沉淀法等。
生物法是利用微生物将一系列有机氮转化为氨氮，再通过硝化细菌与反硝化细菌的硝化及反硝化作用，将氨氮转化成氮气，达到脱除氨氮的目的。生物法适用于低浓度氨氮废水的处理，具有脱氨效果好、操作方便、不产生二次污染物的优点，但细菌的生存与繁衍对酸碱度、温度等环境条件的要求较为苛刻，脱氨成本高。
吹脱法利用氨氮富有挥发性的特性，调节废水呈碱性后，氨会从废水中解离逸出，用空气或蒸汽吹走氨气便能达到脱除废水中氨氮的目的。刘文龙［1］等人用吹脱法处理某高浓度氨氮废水，氨氮去除率最高可达99.2%；江涛［2］等人用吹脱法对稀土加工产生的高浓度氨氮废水进行脱氨试验，氨氮去除率可达96%。吹脱法适用于处理高浓度氨氮废水，具有操作简单、运行稳定等优点［3］，但存在耗空气或蒸汽量大、动力消耗大、成本高、生产车间操作环境差、安全风险大等缺点。
化学沉淀法又称为磷酸铵镁（MAP）沉淀法，是现代脱氨氮技术中较为常用的方法。其工艺原理为，在含氨氮的废水中加入一定比例的磷酸盐与镁盐，与氨氮反应生成磷酸铵镁沉淀，主反应有NH3+H3O+→NH4++H2O、Mg2++NH4++PO3-4+6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓、Mg2++NH4++HPO2-4+6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓+H+、Mg2++NH4++H2PO4-+6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓+2H+，副反应有3Mg2++2PO3-4→Mg3(PO4)2、Mg2++2H2O→Mg(OH)2+2H+、Mg2++ HPO2-4→MgHPO4、Mg2++4H++2PO3-4→Mg(H2PO4)2。日本Kenichi Ebata［4］等人在高浓度氨氮废水中加入镁盐与磷酸盐，与氨氮发生化学反应生成难溶于水的磷酸铵镁复盐，成功脱除大量氨氮；波兰Mieczysia Biskupski［5］等人用MAP法处理硝酸铵废液，所得沉淀物在140 ℃左右加热变成磷酸铵镁；中国科学家钟理［6］等人研究了化学沉淀法去除废水中氨氮的影响因素，这些因素包括pH、投料比、药剂以及氨氮的初始浓度等，最后得出在最佳反应条件下脱氨率可达99%。总之，化学沉淀法可高效脱除废水中的高浓度氨氮，其生成物磷酸铵镁在工农业生产中都具有极高的利用价值，该法操作简便、设备简单、易于控制、生产效率高，但若水体pH发生较大变化，沉淀物可能会发生溶解［7］。
目前攀西地区提钒企业高浓度氨氮废水（氨氮含量一般在2 600～2 800 mg/L）普遍采用吹脱法处理，以硫酸溶液吸收游离氨得到硫酸铵溶液，并循环用于沉钒工段沉钒。以下以攀西地区钠化提钒废水为研究对象，探索采用化学沉淀法处理高浓度氨氮废水的最佳工艺条件，以期改善高浓度氨氮废水处理的生产环境、提高处理过程的安全性、有效利用废水中的氨氮（生产高品质磷酸铵镁）、降低废水处理成本。
1 试验部分
1.1 主要仪器设备与药剂及提钒废水组成
（1）主要仪器设备：① 分光光度计，型号723N，上海精密仪器仪表有限公司生产；② 电子分析天平，型号FA1204W，上海靳澜仪器制造有限公司生产；③ X射线荧光光谱仪，型号S8-TIGER，长沙艾克赛普仪器设备有限公司生产；④ 数显电炉箱，型号HN101-3A，上海沪粤明科学仪器有限公司生产。
（2）主要药剂：① 磷酸氢二钠（Na2HPO4·12H2O），纯度≥99%，天津市致远化学试剂有限公司生产；② 磷酸二氢钠（NaH2PO4·2H2O），纯度≥99%，天津市致远化学试剂有限公司生产；③ 磷酸氢镁（MgHPO4·3H2O），纯度≥96%，广东云门生物技术有限公司生产；④ 氯化镁（MgCl2·6H2O），纯度≥98%，天津市致远化学试剂有限公司生产；⑤ 氧化镁（MgO），纯度≥99%，天津市致远化学试剂有限公司生产；⑥ 硫酸镁（MgSO4·7H2O），纯度≥98%，天津市致远化学试剂有限公司生产。
（3）提钒废水主要离子组成：氨氮（NH3-N）2 752.44 mg/L，硫酸根（SO2-4）17 521 mg/L，氯离子（Cl-）18 000 mg/L，重铬酸根（Cr2O2-7）710 mg/L。
1.2 试验过程
1.2.1 废水预处理除铬
对Cr3+进行预处理可减小其对磷酸铵镁产品质量的影响。每100 mL废水原液中加入1.74 g FeSO4，酸性条件下Fe2+将Cr2O2-7中的六价铬还原成Cr3+（Cr2O2-7+6Fe2++14H+→2Cr3++6Fe3++7H2O），以1.2 g生石灰与Cr3+反应生成Cr(OH)3沉淀［主要化学反应为Cr3++3OH-→Cr(OH)3↓］，过滤除去沉淀，密封保存预处理滤液备用。
1.2.2 试验方法
更多内容详见《中氮肥》2023年第4期