废水化学法除磷脱氮机理的研究与讨论

废水化学法除磷脱氮机理的研究与讨论

科技信息开发与经济 2006年16卷1期

我国每年产生大量含有各种形态氮、磷的废水。

会导致水体富营养化，水质恶化，影响人类使用。

已经开发出了许多处理方法来确保废​​水在进入环境之前得到处理并达到标准。

基本处理方法分为物理方法、化学方法和生物方法。

能够有效去除多种有机污染物，且处理设备操作实施方便。

自动检测和控制，使部分有毒有害物质可回收为有用物质等特点

其应用十分广泛，本文就废水化学除磷脱氮的机理进行研究和探讨。

1.化学反硝化

从20世纪60年代起，有人开始研究利用化学方法处理氨氮。

[1]

， 法律

就是在含有氨氮的废水中添加Mg。

２＋

和 PO4

3-

废水和化学品，以及 NH

+

出生

复合盐

（s），从而去除废水中的氨氮。该方法的优点是

处理含氨氮、磷、镁废水，得到高效复合肥，变废为宝

一般化学反应公式为：

氨

+

＋镁

２＋

＋ＰＯ４

3-

!MgＮＨ４ＰＯ４

（シ）＋Ｈ

+

KSP = 2.5 × 10

-13

反应方程式表明

（s）络合盐和NH4

+

, 镁

２＋

磷酸氢钙

2-

离子

比例之间的关系非常大，并且当[NH4

+

］［Ｍ

２＋

］［ＰＯ４

3-

]大于浓度积KSP

时间反应

若反应按右侧进行，则可以除去溶液中的氨氮，反之则不行。

合适的pH值应在9至11之间，因为当pH=9至11时，H3PO4

主要解离

程华

+

和 HPO4

2-

，也就是此时MgO + H3PO4

主要生产

氨氮去除的主要反应是

由下列反应来控制：

MgO+H3PO4→Mg（H2PO4

）

２＋水

氢氧化镁

2+H3PO4→+H2O

ＭｇＯ＋Ｈ２Ｏ！Ｍｇ（ＯＨ）

２

氢氧化镁

2！镁

２＋

+2OH

-

ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ！ＮＨ４

+

＋ＯＨ

-

磷酸氢钙+氨水+氢氧化物

-

→+H2O

磷酸二氢镁

）

２＋氨４

+

＋ＯＨ

-

→+H2O

这是最有利于去除氨的pH值范围，在酸性环境下，主要

磷酸二氢镁

）

２

不利于的生成

，不利于氨氮的去除。

在Mg3条件下

（Ｈ３ＰＯ４

）

２

，其浓缩积最小，仅为9.8×10

-25

，这

溶液中几乎不含Mg。

２＋

和 PO4

3-

，这对反应最不利。

1.1 的影响

生成因素

（1）同离子效应。组成沉淀物的离子称为成晶离子。

当通过向溶液中添加形成晶体的离子来降低沉淀物的溶解度时，这种现象称为沉淀。

溶解平衡中的同离子效应是指当反应达到平衡时，加入

结晶离子 Mg

２＋

和 PO4

3-

两者都会导致溶解度降低，并使反应朝着形成

磷酸铵镁

(s) 沉淀方向，导致氨氮浓度降低。

（2）盐效应。当难溶化合物的饱和溶液中加入易溶电解质时，沉淀物

增加沉淀物溶解度的现象称为盐效应，即加入强电解质，使少量

离子相互碰撞、相互接触的机会减少，因此沉淀的机会也相应减少。

即沉淀物的溶解度增大。微溶化合物

(s) 也具有类似的性质。

在去除氨氮的反应中，Mg

２＋

和 PO4

3-

两者都是强电解质，它们的加入会降低

溶液中的离子相互碰撞接触，形成沉淀

机会

减少的也相应减少，这显然不利于NH4

+

去除，也就是说，溶液比例的改变不能没有

氨氮去除效果有限。

（3）酸效应。溶液的pH值对溶解度的影响称为酸效应。

产生H的主要原因

+

浓度对弱酸、多酸和微溶酸解离平衡的影响

磷酸铵镁

它是一种多元酸盐，因此pH值对其溶解度的影响相对较小。

大。弱酸盐和多酸盐应在碱性条件下沉淀

[２]

。

（4）温度的影响。沉淀物的溶解反应多为吸热反应。随着温度的升高，

溶解度增大，温度对不同沉淀的影响也不同。

对于溶解度，随着温度的升高，溶解度也会增大，所以在室温下操作比较适宜。

做。

1.2 适宜反应条件

钟莉等

[３－４]

通过添加 MgO 和 H3PO4

实验表明氨氮废水的影响

处理过程中主要影响因素为pH值、药剂种类及配比，较好的c(NH4

+

）：

镁

２＋

）∶c（ＰＯ４

3-

) 应在 1:1:1 左右，并且为了确保 c (Mg

+

）∶c（ＰＯ４

3-

）= 1：1，

c（MgO）∶c（H3PO4

) 应等于 1:1.5。 黄文水等.

[５]

使用

和 MgSO4

试验进一步发现磷酸盐添加量对氨氮去除率影响最大，pH

其次，Mg的加入量和反应温度对其影响相对较小。

剂量

一方面，用量的增加有利于沉淀的形成

，氨氮的去除率将会提高。

但磷的利用率会相对降低，而且残留磷的量增加，造成二次污染。

(P):m(N)=1.04:1。实验表明最佳pH值为9.5，在此pH值下氨氮去除率可达

98.78%,当pH值和磷氮比控制在上述范围内时,最佳m(Mg)∶m(N)＝1.2∶1。

黄毅通过研究发现，当pH值不变时，氨氮初始浓度越高，氨氮含量越高

移除率正在上升

[1]

; 王玉平

[6]

等人使用 Mg(OH)

２

和 H3PO4

做沉淀

该药剂在pH=9~11时脱氮效率可达95%以上，且不需要初始H3PO4

专注

大于 Mg(OH)

２

专注。

2 化学除磷

2.1 化学除磷工艺

化学除磷也是向污水中添加化学试剂，产生沉淀的化学反应。

最早使用化学沉淀法除磷的是19世纪的欧洲。

沉淀除磷技术进一步发展

[7]

。

磷在废水中以三种形式存在：正磷酸盐、多聚磷酸盐和有机磷。

在生化处理中，多磷酸盐和有机磷可以转化为正磷酸盐，然后添加到废水中。

该药剂与磷酸盐发生反应，生成沉淀物去除，同时生成的絮凝物也吸收磷。

目前常用的化学试剂有铁离子、钙离子或铝离子

这些金属化合物与磷酸盐的化学反应式如下：

[８]

：

A

３+

＋ＰＯ４

3-

→磷酸铝

铁

３+

＋ＰＯ４

3-

→磷酸铁

3钙

２＋

+2PO4

3-

→Ca3

（ＰＯ４

）

２

5钙

２＋

+4羟基

-

+3HP04

2-

→Ca5

磷酸二氢钾

）

３＋３H２Ｏ

事实上，在水中生成的金属磷酸盐的确切成分是 FePO4

,磷酸铝

，

货号：１００５-６０３３（２００６）０１-０１５４-０３ 收货日期：２００５-０８-１６

废水化学脱氮除磷研究

郑敏,张代君

(重庆大学环境科学系，重庆 )

摘要：分别讨论了化学除磷和化学除氮的机理及影响因素。

比较了化学除磷脱氮投加量、pH值对除磷脱氮效果的影响，并研究了化学

同步脱氮除磷研究趋势。

关键词：化学法；除磷；脱氮；废水处理

中图分类号：X703.1 文献标识码：A

154

钙3

（ＰＯ４

）

２

更复杂，一般形式为

（哦）

3x-1

(s), MeOOH (s) 沉淀

（Me代表金属）。沉淀过程的基本化学方程式为：

甲基＋磷酸

-

+(3x-1)羟基

-

=最大H2PO4

（哦）

3x-1

（編號）

我

３+

+2H2O=MeOOH(s)+3H

+

我

十+

+H2O=甲基（OH）

ｘ＋ｘＨ

+

磷酸盐沉淀常有伴随反应，产物有絮凝作用。

从水中去除磷酸盐时，会发生以下过​​程：首先，磷酸铁沉淀；其次，

磷酸盐吸附在一些胶体氧化铁和氢氧化铁的表面；

核氢氧化铁悬浮液凝结后生成一种不溶于水的聚合物。

可降低水中磷酸盐的浓度。磷酸盐沉淀所用化学品的水解产物

它能与磷酸盐发生化学吸附，并发生络合反应，形成络合物沉淀。

在这种情况下，这种络合反应可能是磷酸盐沉淀的主要原因，而不是电荷中和的化学反应。

应沉淀

[９]

。

2.2 影响化学除磷的因素

2.2.1 pH值和搅拌时间的影响

pH值对化学沉淀除磷影响最大。

[7]

. 不同的金属离子

化合物有不同的适宜pH值沉淀范围。

适当的 pH 值用于加药

为6.5，搅拌时间为15min~20min；FeSO4

pH值约为9-10，搅拌15

最小;Ca(OH)

２

适宜的pH值大于10，搅拌时间为15分钟左右。

[１０]

。

2.2.2 金属化合物剂量的影响

当加入大量三价金属离子化合物时，主要产物为

（哦）

3x-1

和MeOOH(s)沉淀后，残留磷浓度取决于pH值。

在此过程中，过量的金属离子将以氢氧化物的形式沉淀。

直到金属离子的量刚好等于所需的磷酸盐的量，减少金属离子的量仍然会产生

两种化合物都有生成，但产物金属氢氧化物却逐渐还原。

当量与需求量相等时，不产生金属氢氧化物，只产生

（哦）

3x-1

（s），

进一步减少剂量仍然只会导致

（哦）

3x-1

（s）。因此，一般来说，金属

当加入的盐量较少时，有形成。

（哦）

3x-1

（s）沉淀，对溶解磷有一定影响

金属化合物的吸收导致Me的添加和P的去除率的增加。

当残留溶解磷浓度达到临界点时，就会发生MeOOH(s)沉淀。

去除率急剧上升,残余溶解磷浓度的临界值取决于絮凝体的pH值。

它处于平衡区（ 出现

（哦）

3x-1

(s)和MeOOH(s)双沉淀区)，残余

磷浓度与pH值无关，其变化是由金属沉淀物的吸附引起的。

对于具体的废水，金属盐的投加量需通过实验来确定。

磷的含量和除磷的条件和要求不同，相应的投加量也不同。

对于添加石灰的化学除磷，在pH>10的条件下，除磷所需的石灰量为

灰分的加入量主要取决于废水的碱度，而不是废水的磷含量。

[7]

投资

化学法添加铝盐、铁盐，从化学反应的角度看，药剂的用量取决于磷

但一般情况下，实际添加的化学药剂量要大于添加的化学药剂量。

投加量按化学计量关系计算，这是因为污水中的氢氧离子与金属离子生成

氢氧化物沉淀会消耗一定量的金属离子。

沉积物可以吸收部分磷，但无法去除废水中溶解的磷。

2.2.3 吸附

张旭华

[１１]

等研究了活化氧化镁吸附剂对污水中富营养化元素磷的影响。

提高了磷酸根离子的去除效果；并根据其吸附等温线估算了吸附热。

在氧化镁表面的吸附主要是化学吸附，只有在吸附剂表面才能发生的吸附是

只有共存离子才会影响磷的吸附。

3 同步化学除磷脱氮研究及趋势

通过分析比较以上化学法脱氮除磷的方法及机理可以看出，化学法

除磷与化学脱氮在控制和机理上具有一定的相似性：都是基于化学反应。

需投加一定量的化学药剂，pH值、投加量对除磷脱氮的效果有影​​响。

但由于目的不同，所选用的试剂也不同。

风格也不同。

目前还在研究同时用化学方法去除废水中的氮和磷。

[１２]

提出

当c(NH4

+

)>100mg/L, c (NH4

+

)/c(PO4

3-

)＞1可用氢氧化镁或氯处理

镁处理，对照组 c (Mg

２＋

)/c(PO4

3-

)＞1、在适宜的pH值下搅拌合成磷酸铵

镁复合盐；万亚珍等《含磷废水的一级处理-化学沉淀法》

[13]

一篇文章

本文提出了一种处理含磷废水的新方法，其化学原理如下：

６H２Ｏ＋ＮＨ４

+

＋镁

２＋

＋HPＯ４

2-

→磷酸铵镁

・ ６Ｈ２Ｏ＋Ｈ

+

作者选择氯化镁和碳酸氢铵作为化学试剂，发现最有效的反应是

最佳pH值为9.4，c（NH4

+

)/c(磷)=1,c(镁

２＋

)/c(P) = 1.3，除磷效率高达

其实从化学反应式来看，其与化学反硝化的反应原理本质上是一样的。

处理，但在这种情况下，加入氨氮来处理废水中的磷。这种方法也可以产生高

高效复合盐

（s）肥料。Shin 等人利用盐水（主要是氯化镁）和海水

用水（含氯化镁）进行实验，发现盐水处理废水的效果更佳，而海水的效果较差。

这是一种经济的方法

[１２]

。

化学法同时除磷脱氮也存在一些问题：首先，氮和

磷化合物成分复杂，如何有效将聚合物和有机氮磷转化为化学

所需 NH4

+

和 PO4

3-

，关系到去除效果；其次，去除BOD的效率较低。

第三，如果仅采用一种方法处理大量废水，会增加处理成本。

同时除磷脱氮的难点在于废水性质不均匀、复杂，有的废水含氮量高，有的废水含氮量低。

磷含量越高，相应药物的成本就越高。另外，为了降低成本，还需要寻找和研究

廉价合适的试剂，与其他废水处理方法相结合，如生物方法

去除废水中的氮和磷，使它们发挥各自的优势。

化学除磷脱氮其实也是人们很早就开始采用的方法。

由于种种限制，还不能得到广泛的推广和使用，随着科技的发展，这些问题将会得到解决。

通过分析，作者认为采用化学方法同时去除废水中的氨氮和磷的影响是

各影响因素之间的相互作用还有待进一步验证和研究。

化学药剂对除磷、脱氮有良好的效果，并能产生变废为宝的经济效益。

另一方面，应加强化学方法与其他废水处理方法相结合的研究，特别是

它是与生物方法联合使用的机理，充分发挥化学处理的优势，降低成本。

若能在这两方面取得突破，化学除磷方法便能得到广泛推广。

氮气就在眼前。

4。结论

一般来说，当废水中含有适当比例的氮、磷时，应考虑采用化学方法。

同时除磷、脱氮是可行的，但需根据具体情况投加含磷、氮废水。

添加适量Mg

２＋

只有控制反应条件，才能达到变废为宝的目的。

并产生良好的经济效益。废水化学除磷脱氮的关键是寻找优质

只有采用合适的化学药剂、寻找降低处理成本的途径，才能推动化学除磷脱氮的发展。

使用。

参考

［１］ 黄毅. 化学沉淀法去除废水中的氨氮[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学,

2002 年。

［２］黄君利.水的分析化学[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社,1994:

127-129。

[3] 钟莉, 詹怀宇, DO Hill. 化学沉淀法去除废水中氨氮及其反应

讨论[J].重庆环境科学,2000,22(6):54-55;71.

[4]钟莉,闫益群.化学沉淀法去除废水中氨氮及其机理研究[J].

化学工业，1999,24(3):38-41.

［５］ 黄文水,王继辉.化学沉淀法预处理高浓度氨氮废水研究[J].

南京大学学报，2003，30（3）：96-98。

［６］王玉萍,彭攀英.废水中氨氮的化学去除研究[J].南京师范大学学报,

2001,1(1):73-76.

［７］ 徐凤国.废水化学除磷试验研究[D]//理论与应用研究.广州:广东工业大学