一种磷酸铵镁微波辐射分解循环除氨方法
【专利摘要】一种磷酸铵镁微波辐射分解循环除氨方法，其主要是将氨氮废水加入到磷酸铵镁沉淀池，然后将由磷酸铵镁微波分解反应器分解产生的含活性镁和磷的分解产物加入沉淀池，搅拌反应50～100min后溶液静置60～120min，上清液从沉淀池出水口排放后，沉淀池底部沉淀的磷酸铵镁固液混合物通过泵转移至磷酸铵镁微波分解反应器进行分解；待磷酸铵镁固液混合物完全转移至分解反应器中后，加入氢氧化钠，然后启动微波辐射器进行辐射分解，辐射分解产生的氨气经后续氨吸收系统回收，分解产生的磷酸铵镁分解产物则加入到磷酸铵镁沉淀池中循环使用。本发明操作简单，处理成本低，可高效去除废水中氨氮，实现较高的经济和环境效益。
【专利说明】
一种磷酸铵镁微波辐射分解循环除氨方法
技术领域
[0001]本发明属于环保技术领域，特别涉及一种氨氮废水的预处理方法。
【背景技术】
[0002]目前，我国水生态环境保护面临的一个重要问题是氨氮排放量远超受纳水体的环境容量，氨氮现已超过COD成为影响我国地表水环境质量的首要污染物。据2014年中国环境状况公报显示，全国废水氨氮排放量达238.5万吨，相当于受纳水体环境容量的近8倍。氨氮(NH3和NH4+)是各类含氮化合物中对水生态环境影响和危害最大的一种存在形态，与其他形态的氮相比，其对水体的危害更为广泛、复杂和持久。而在未来很长一段时间，我国仍将处于城市化和工业化“双快速”发展阶段，污染物排放增量压力巨大，亟需提高氨氮废水处理技术水平。
[0003]目前工业上应用的氨氮处理方法主要有生物法和化学法两大类。生物法去除氨氮效果好、费用低，但该技术受废水氨氮浓度、水温及碳源等诸多因素影响，一般用于氨氮浓度小500mg/L的废水处理，处理过程中需合理的C/N比。化学法除氨主要有蒸氨法、折点氯化及磷酸铵镁沉淀等。蒸氨法通常用于高浓度氨氮废水的处理，尽管其脱氨效果良好，但存在设备投资大、废水处理能耗高及运行不稳定等诸多问题;折点氯化一般用于低浓度氨氮废水处理或饮用水消毒，由于该技术在应用过程中容易产生具有致癌作用的含氯有机化合物，现已较少用于废水的工业处理。磷酸铵镁沉淀是近年来备受国内外学者广泛关注的一种废水高效除氨方法。该技术与生物法、蒸氨法及折点氯化相比较，不存在上述缺点，且具备操作简单、反应迅速和产物沉淀分离性能好等诸多优点，是一种拥有良好应用前景的废水除氨技术。
[0004]磷酸钱儀，(MgNH4PC>4.6H2O ,Magnesium Ammonium Phosphate ,MAP)，是一种难溶白色晶体矿物。研究表明在适宜pH值范围(9-10.7)，当水溶液中Mg2+、NH4+及P043—混合离子浓度超过其溶解度限值时，磷酸铵镁可按照如下反应式发生结晶，从而达到去除废水中氨氮的目的。
[0005]Mg2++NH4++HP043 >6H20^MgNH4P04.6H20|+H+ (I)
[0006]现有研究报道已广泛证实应用MAP沉淀法处理各类氨氮废水在技术上是完全可行性的，氨氮去除率可达90%以上。但令人遗憾的是，由于许多氨氮废水中往往缺乏可供沉淀的Mg2+及P043—，在磷酸铵镁沉淀处理过程中需加入大量磷和镁盐，使得废水处理成本高，经济性差，严重制约了该方法在氨氮废水治理领域的推广应用。当前解决MAP沉淀除氨成本过高的主要途径是使用廉价镁源和磷酸铵镁循环利用。然而，遗憾的是使用廉价镁源降低磷酸铵镁沉淀处理成本的幅度极其有限，而磷酸铵镁循环利用是目前降低磷酸铵镁沉淀成本的常用而有效的途径。但现有实现磷酸铵镁循环利用的NaOH热解和高温直接热解两种方式极易生产副产物Mg2P2O7,同时也存在分解耗时过长(通常需耗时3小时以上)，严重阻碍了磷酸铵镁循环利用技术的工业化应用。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种磷酸铵镁微波辐射分解循环除氨方法。本发明不仅可达到避免磷酸铵镁在分解过程中产生副产物Mg2P2O7的目的，同时又能加快磷酸铵镁分解过程，降低分解时耗。
[0008]本发明的技术方案如下:
[0009]a、首先将氨氮废水加入到磷酸铵镁沉淀池中，然后加入由磷酸铵镁微波分解反应器分解产生的含活性镁和磷的分解产物，控制磷酸铵镁沉淀池中废水Mg:N:P摩尔比在1.5?1:1: 1.1?0.9范围，随后启动搅拌器，调节磷酸铵镁沉淀池中废水pH至8.5?9，搅拌反应50?10min，待反应结束后，反应溶液静置60?120min，磷酸铵镁沉淀池中上清液从磷酸铵镁沉淀池出水口排放，磷酸铵镁沉淀池底部沉淀的磷酸铵镁固液混合物通过栗转移至磷酸铵镁微波分解反应器进行分解；
[0010]b、待磷酸铵镁固液混合物完全转移至磷酸铵镁微波分解反应器中后，按0H—:NH4+摩尔比为1.3?1:1的比例加入氢氧化钠，然后启动微波辐射器，辐射反应200?900秒后停止辐射，辐射分解产生的氨气经后续氨吸收系统回收，分解产生的磷酸铵镁分解产物则加入到磷酸铵镁沉淀池中循环使用。
[0011]本发明的技术原理
[0012]I)磷酸铵镁沉淀池:在该反应池中，磷酸铵镁分解产物(主要为含磷和镁的化合物)与废水中氨氮可迅速反应生成磷酸铵镁沉淀，当磷酸铵镁沉淀混合物沉降沉淀池底部，则可通过栗转移至磷酸铵镁分解反应器中。
[0013]2)磷酸铵镁分解反应器:在该过程中由于磷酸铵镁在碱性条件下不稳定，铵根离子可从磷酸铵镁固体中解析出来，在微波辐射的热效应和非热效应的作用下，释放出的氨迅速脱离反应体系而实现磷酸铵镁固体的分解。
[0014]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0015]I)经该技术处理出水氨氮浓度稳定，氨氮去除率可达90-95%，出水残余磷浓度在数毫克升范围，残余磷可作为后续生化处理补充磷，节省后续生化处理成本。
[0016]2)磷酸铵镁中氨释放率高，可达95%以上;分解过程中避免了副产物Mg2P2O7的产生，同时相对传统磷酸铵镁分解方法，本发明磷酸铵镁微波辐射分解方法可极大的缩短磷酸铵镁分解时间。
[0017]3)磷酸铵镁微波分解反应器蒸出气体中的氨气浓度高，经硫酸溶液吸收后，吸收溶液中铵盐含量可达20 %左右，相比蒸氨法具有更高的回收价值。
[0018]4)除氨技术稳定可靠，操作简单，工程投资费用低，处理成本低，可用于各种类型氨氮废水的预处理。
【附图说明】
[0019]图1是本发明的流程示意图。
【具体实施方式】
[0020]实施例1
[0021]根据图1所示的磷酸铵镁微波辐射分解循环除氨方法流程，首先将Im3氨氮浓度为1000mg/L的氨氮废水5加入到磷酸铵镁沉淀池2，然后加入由磷酸铵镁微波分解反应器I分解产生的含活性镁和磷的分解产物3，控制磷酸铵镁沉淀池中废水Mg: N: P摩尔比为1.5:1:1.1的比例，随后启动搅拌器，调节磷酸铵镁沉淀池中废水PH至8.5，待反应结束后，反应溶液静置60min，磷酸铵镁沉淀池中上清液从沉淀池出水口 6排放，经分析测试，氨氮去除率达95%，残余磷浓度为8mg/L;磷酸铵镁沉淀池底部沉淀的磷酸铵镁固液混合物7通过栗转移至磷酸铵镁微波分解反应器进行分解。待磷酸铵镁固液混合物完全转移至磷酸铵镁微波分解反应器中后，按0H—:NH4+摩尔比为1.3:1的比例加入氢氧化钠，然后启动微波辐射器，辐射反应200秒后停止辐射，经分析测试，磷酸铵镁中氨释放率为95 %，辐射分解产生的氨气4经后续氨吸收系统回收，分解产生的磷酸铵镁分解产物加入磷酸铵镁沉淀池中循环使用。
[0022]实施例2
[0023]首先将Im3氨氮浓度为1000mg/L的氨氮废水加入到磷酸铵镁沉淀池，然后加入由磷酸铵镁微波分解反应器分解产生的含活性镁和磷的分解产物，控制磷酸铵镁沉淀池中废/XMg: N: P摩尔比为1.5:1:1.1的比例，随后启动搅拌器，调节磷酸铵镁沉淀池2中废水pH至9，搅拌反应10min，待反应结束后，反应溶液静置120min，磷酸钱镁沉淀池中上清液从沉淀池出水口排放，经分析测试，氨氮去除率达94%，残余磷浓度为5mg/L;磷酸铵镁沉淀池底部沉淀的磷酸铵镁固液混合物通过栗转移至磷酸铵镁微波分解反应器进行分解;待磷酸铵镁固液混合物完全转移至磷酸铵镁微波分解反应器中后，按0H—:NH4+摩尔比在1:1范围加入氢氧化钠，然后启动微波辐射器，辐射反应900秒后停止辐射，经分析测试，磷酸铵镁中氨释放率为98%，辐射分解产生的氨气经后续氨吸收系统回收，分解产生的磷酸铵镁分解产物加入磷酸铵镁沉淀池中循环使用。
[0024]实施例3
[0025]首先将Im3氨氮浓度为1000mg/L的氨氮废水加入到磷酸铵镁沉淀池，然后加入由磷酸铵镁微波分解反应器分解产生的含活性镁和磷的分解产物，控制磷酸铵镁沉淀池中废7XMg:N: P摩尔比为1:1:0.9，随后启动搅拌器，调节磷酸铵镁沉淀池中废水pH至8.5，搅拌反应50min，待反应结束后，反应溶液静置60min，磷酸钱镁沉淀池中上清液从沉淀池出水口排放，经分析测试，氨氮去除率达90 %，残余磷浓度为3mg/L;磷酸铵镁沉淀池底部沉淀的磷酸铵镁固液混合物通过栗转移至磷酸铵镁微波分解反应器进行分解;待磷酸铵镁固液混合物完全转移至磷酸铵镁微波分解反应器中后，按0H—:NH4+摩尔比为1.3:1的比例加入氢氧化钠，然后启动微波辐射器，辐射反应200秒后停止辐射，经分析测试，磷酸铵镁中氨释放率为99%，辐射分解产生的氨气经后续氨吸收系统回收，分解产生的磷酸铵镁分解产物加入磷酸铵镁沉淀池中循环使用。
[0026]实施例4
[0027]首先将Im3氨氮浓度为1000mg/L的氨氮废水加入到磷酸铵镁沉淀池，然后加入由磷酸铵镁微波分解反应器分解产生的含活性镁和磷的磷酸铵镁沉淀池中废水PH至9，搅拌反应10min，待反应结束后，反应溶液静置120min，磷酸钱镁沉淀池中上清液从沉淀池出水口排放，经分析测试，氨氮去除率达91 %，残余磷浓度为4mg/L;磷酸铵镁沉淀池底部沉淀的磷酸铵镁固液混合物通过栗转移至磷酸铵镁微波分解反应器进行分解;待磷酸铵镁固液混合物完全转移至磷酸铵镁微波分解反应器中后，按0H—:NH4+摩尔比在1:1的比例加入氢氧化钠，然后启动微波辐射器，辐射反应900秒后停止辐射，经分析测试，磷酸铵镁中氨释放率为97%，辐射分解产生的氨气经后续氨吸收系统回收，分解产生的磷酸铵镁分解产物加入磷酸铵镁沉淀池中循环使用。
[0028]实施例5
[0029]首先将Im3氨氮浓度为1500mg/L的氨氮废水加入到磷酸铵镁沉淀池，然后加入由磷酸铵镁微波分解反应器3分解产生的含活性镁和磷的分解产物，控制磷酸铵镁沉淀池中废水Mg: N: P摩尔比为1:1:1，随后启动搅拌器，调节磷酸铵镁沉淀池2中废水pH至9，搅拌反应70min，待反应结束后，反应溶液静置90min，磷酸钱镁沉淀池中上清液从沉淀池出水口排放，经分析测试，氨氮去除率达92.5%,残余磷浓度为4.5mg/L;磷酸铵镁沉淀池底部沉淀的磷酸铵镁固液混合物通过栗转移至磷酸铵镁微波分解反应器进行分解;待磷酸铵镁固液混合物完全转移至磷酸铵镁微波分解反应器中后，按0H—:NH4+摩尔比在1:1的比例加入氢氧化钠，然后启动微波辐射器，辐射反应750秒后停止辐射，经分析测试，磷酸铵镁中氨释放率为98%，辐射分解产生的氨气经后续氨吸收系统回收，分解产生的磷酸铵镁分解产物加入磷酸铵镁沉淀池中循环使用。
[0030]实施例6
[0031]首先将Im3氨氮浓度为1500mg/L的氨氮废水加入到磷酸铵镁沉淀池，然后加入由磷酸铵镁微波分解反应器分解产生的含活性镁和磷的分解产物，控制磷酸铵镁沉淀池中废7jCMg:N:P摩尔比为1:1:1，随后启动搅拌器，调节磷酸铵镁沉淀池中废水pH至8.7，搅拌反应78min，待反应结束后，反应溶液静置85min，磷酸铵镁沉淀池中上清液从沉淀池出水口排放，经分析测试，氨氮去除率达90.6%,残余磷浓度为3.8mg/L;磷酸铵镁沉淀池底部沉淀的磷酸铵镁固液混合物通过栗转移至磷酸铵镁微波分解反应器进行分解;待磷酸铵镁固液混合物完全转移至磷酸铵镁微波分解反应器中后，按0H—:NH4+摩尔比在1.2:1的比例加入氢氧化钠，然后启动微波辐射器，辐射反应550秒后停止辐射，经分析测试，磷酸铵镁中氨释放率为96.8%，辐射分解产生的氨气经后续氨吸收系统回收，分解产生的磷酸铵镁分解产物加入磷酸铵镁沉淀池中循环使用。
【主权项】
1.一种磷酸铵镁微波辐射分解循环除氨方法，其特征在于，它包括以下的步骤: a、首先将氨氮废水加入到磷酸铵镁沉淀池中，然后加入由磷酸铵镁微波分解反应器分解产生的含活性镁和磷的分解产物，控制磷酸铵镁沉淀池中废水Mg:N:P摩尔比为1.5?1:1: 1.1?0.9，随后启动搅拌器，调节磷酸铵镁沉淀池中废水pH至8.5?9，搅拌反应50?10min，待反应结束后，反应溶液静置60?120min，磷酸钱镁沉淀池中上清液从沉淀池出水口排放，磷酸铵镁沉淀池底部沉淀的磷酸铵镁固液混合物通过栗转移至磷酸铵镁微波分解反应器进行分解； b、待磷酸铵镁固液混合物完全转移至磷酸铵镁微波分解反应器中后，按0H—:NH4+摩尔比为1.3?1:1的比例加入氢氧化钠，然后启动微波辐射器，辐射反应200?900秒后停止辐射，辐射分解产生的氨气经后续氨吸收系统回收，分解产生的磷酸铵镁分解产物则加入到磷酸铵镁沉淀池中循环使用。
【文档编号】C02F103/16GK105858995SQ201610238023
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】黄海明, 刘佳慧, 肖晶, 张鹏
【申请人】燕山大学