一、前言

　　氮是生命活動必需的營養(yǎng)元素之一，氨氮污染是全球水體污染中最迫切需求處置的污染類型，固然氨氮工業(yè)廢水處理技術(shù)多種多樣，但都存在各自的弊端，MAP化學(xué)沉淀技術(shù)去除氨氮具有高效、快速、簡單等優(yōu)點有著較為普遍的應(yīng)用。

　　本課題以中濃度氨氮廢水為研討對象，分離單要素及多要素正交實驗綜合剖析與研討，并在此根底上，對沉淀物晶體停止熱重-差熱剖析，研討了對沉淀產(chǎn)物的熱處置條件及熱處置產(chǎn)物對中濃度氨氮廢水中氨氮的去除性能。

　　二、實驗辦法

　　2.1 實驗試劑與儀器

　　試劑：Na2HPO4?12H2O、H3PO4、MgCl2?6H2O、MgSO4、NaOH等以上無特殊闡明均為國藥，剖析純。

　　儀器：PHS-3C型pH計；5B-3B型(V8版)；HJ-4A攪拌器；電熱鼓風(fēng)枯燥箱。

　　2.2 實驗機理

　　體中的游離氨(NH3)與銨根離子(NH4+)間反響為可逆過程，NH4+能發(fā)作反響生成大量的MgNH4PO4?6H2O產(chǎn)物，但是MgNH4PO4?6H2O溶度積很小，其于水中主要以沉淀的方式存在，理論上沉淀劑(磷源、鎂源)用量與NH4+-N的摩爾之比為1︰1︰1。

　　2.3 實驗流程

　　MAP化學(xué)沉淀法去除廢水中氨氮流程圖如圖1所示。

　　實驗過程中，首先配制400mg?L-1氨氮溶液作為模仿廢水，投加恰當(dāng)配比的沉淀劑磷源、鎂源，用5mol?L-1左右的氫氧化鈉溶液調(diào)理體系pH值，待沉淀完整，靜置一段時間，用0.45um濾紙停止過濾、對上層清液中殘留的氨氮、磷酸根濃度停止剖析;將下層沉淀物用蒸餾水清洗數(shù)次，清凈后于40℃的烘箱內(nèi)，烘干并搜集待用。對沉淀產(chǎn)物的性質(zhì)停止表征剖析及熱處置MPA法對400mg?L-1氨氮廢水的去除效果。

　　三、結(jié)果與討論

　　3.1 沉淀劑的選擇

　　圖2可知，在相同的體系中，Na2HPO4?12H2O與MgCl2?6H2O組合對廢水中氨氮的去除率明顯比采用Na2HPO4?12H2O與MgSO4?7H2O對氨氮的去除率高。因而，綜合思索到藥劑費用以及氨氮的去除效果等，實驗選取Na2HPO4?12H2O作為磷源，MgCl2?6H2O作為鎂源。

　　3.2 pH值的影響

　　在n(Mg2+)︰n(PO43-)︰n(NH4+)為1︰1︰1，攪拌時間25min，靜置40min條件下，調(diào)查反響體系pH值在6~12范圍內(nèi)對中濃度氨氮廢水去除率的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，一定范圍內(nèi)，隨pH的升高，水體中氨氮的去除率呈快速上升趨向，取pH選取9.3。

　　3.3 磷源與鎂源投加量的影響

　　控制n(PO43-)︰n(NH4+)為1︰1，反響溶液的反響體系pH值為9.3，反響攪拌時間25min，靜置40min，結(jié)果如圖4所示，一定范圍內(nèi)，隨鎂源投加量的增加，氨氮去除率逐步增大，當(dāng)Mg2+與NH4+物質(zhì)的量之比為1.2時，水中氨氮去除率高達92.77%。

　　隨著鎂源參加量的增大，水中氨氮的去除率反而降落，而在整個過程中磷酸根的濃度不斷在降低，相同的辦法調(diào)查磷源投加量對水體中氨氮去除率的影響，發(fā)現(xiàn)與改動鎂源投加量有相似的規(guī)律。因而，鎂源、磷源的投加量不易過高。

　　3.4 反響體系溫度的影響

　　控制n(Mg2+)︰n(PO43-)︰n(NH4+)為1︰1︰1，反響體系pH值定為9.3，攪拌時間25min，靜置時間40min，由圖5可知，在20~50℃內(nèi)，反響體系溫度變化對水體中氨氮去除率影響很小，MAP沉淀法去除水中氨氮在常溫下停止即可。

　　3.5 攪拌時間的影響

　　在反響體系pH值為9的條件下，取n(Mg2+)︰n(PO43-)︰n(NH4+)為1︰1︰1，調(diào)查攪拌時間分別取5、10、20、30、40、60、80min對中濃度氨氮廢水的去除效果，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，剛開端時，隨攪拌時間的增加，廢水中氨氮的去除率不時地增加，綜合其經(jīng)濟效率與去除效率，攪拌時間定為30min。

　　3.6 MAP沉淀物及循環(huán)應(yīng)用

　　3.6.1 MAP沉淀物的表征

　　本實驗應(yīng)用掃描電鏡(SEM)察看了最佳條件下生成的沉淀物晶體的形貌構(gòu)造，如圖7(a)所示。由圖7(a)可知，最佳條件下的沉淀物主要成分為斜方形構(gòu)造，為典型的MgNH4PO4?6H2O晶體。

　　3.6.2 MAP的熱處置及熱處置產(chǎn)物氨氮去除效果的研討

　　接著分別調(diào)查了80、100、110、120、140、160、180℃下的熱解產(chǎn)物對400mg?L-1氨氮模仿廢水的去除性能，當(dāng)Mg︰N的摩爾比為1︰1，反響體系pH取9.5，攪拌時間為40min時，圖8中結(jié)果標(biāo)明，一定熱處置溫度范圍內(nèi)，熱解產(chǎn)物對水體中氨氮的去除率逐步增大，超越一定溫度，熱解產(chǎn)物對氨氮的去除率開端降落。

　　為了進一步理解熱解產(chǎn)物，對100℃，140℃及180℃下加熱3h后所得產(chǎn)物做XRD表征與剖析，如圖9所示，在100℃時，MgNH4PO4?6H2O受熱失去局部結(jié)晶水生成MgHPO4?3H2O，另外還檢測到局部的MgNH4PO4?H2O。隨著溫度的升高，一切MgNH4PO4?H2O與MgHPO4?3H2O的特征峰均消逝，衍射峰消逝，產(chǎn)物為無定形物質(zhì)，此結(jié)論與前面的TGA-DTA剖析結(jié)果相吻合。

　　四、結(jié)論

　　(1)本實驗研討脫除中濃度NH4+-N廢水的最佳沉淀劑組合為MgCl2?6H2O和Na2HPO4?12H2O。

　　(2)經(jīng)過多要素正交實驗研討，得出影響中濃度氨氮廢水中氨氮去除的主要要素的主次為：pH值>n(PO43-)：n(NH4+)>n(Mg2+)：n(NH4+)>攪拌時間，分離單要素實驗綜合思索，水體中氨氮去除最佳實驗條件：pH取9.5、n(Mg2+)︰n(NH4+)取1.2︰1，n(PO43-)︰n(NH4+)取1.1︰1，攪拌時間取30min。

　　(3)經(jīng)過SEM及XRD等微構(gòu)造剖析標(biāo)明，中濃度氨氮廢水中氨氮去除最佳實驗條件下生成的沉淀物，是純度較高、結(jié)晶度較高構(gòu)造平均的MgNH4PO4?6H2O沉淀物。

　　(4)經(jīng)過對最佳實驗條件下沉淀產(chǎn)物熱重—差熱剖析，初步肯定了熱解溫度范圍為50~180℃。

　　(5)將優(yōu)化熱解條件之下得到的熱解產(chǎn)物用于處置400mg?L-1的氨氮廢水，反響體系pH為9.5，反響攪拌時間為40min時，氨氮脫除率能到達85%。熱解產(chǎn)物的XRD圖譜顯現(xiàn)MAP有效熱解產(chǎn)物為MgHPO4?3H2O。