隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高,我國氮磷污染物的排放量急劇增加。在“一控雙達標”過程中,對有機污水特別是工業(yè)有機廢水進行了有效治理,但對氮磷污染基本上未加控制。氮磷污染所致的水體富營養(yǎng)化十分嚴重,湖泊“水華”及近海“赤潮”時有發(fā)生,越演越烈。水體富營養(yǎng)化已危害農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、旅游業(yè)等諸多行業(yè),也對飲水衛(wèi)生和食品安全構(gòu)成了巨大的威脅。經(jīng)濟有效的控制氮磷污染已成為當前急待解決的重大環(huán)保課題。

鳥糞石,分子式為MgNH4PO4·6H2O,是一種難溶于水的白色晶體,常溫下,在水中的溶解度積為2·5×10-13。通過投加化學試劑,可使廢水中的氨和磷酸鹽形成鳥糞石,實現(xiàn)對氮磷污染物的同時去除。此外,鳥糞石含有氮磷兩種營養(yǎng)元素,是一種很好的緩釋肥。日本已有公司成功的將鳥糞石推向化肥市場。

鳥糞石在水和堿中溶解度很低,采用形成鳥糞石的方法來去除廢水中的氨氮和磷酸鹽,具有高效簡便的特點。

像電鍍工業(yè)廢水、畜禽養(yǎng)殖廢水、垃圾填埋場滲濾液等均含有高濃度的氨氮,難以直接進行生物處理,通常需要預先采用物化法(如吹脫法)進行處理。

吹脫法要求pH高達10以上,且效率不高(不超過50%),易造成二次污染。

若用鳥糞石沉淀法處理,對pH條件的要求可比吹脫法降低,效率也更高。據(jù)Tünay等人對制革廢水所作的試驗,在pH為8~9的條件下,采用鳥糞石除磷法可使NH4+去除率高達75%以上。Li等人采用鳥糞石沉淀法,初始氨氮濃度在5618 mg·L-1的滲濾液在15分鐘內(nèi)降至210 mg·L-1,去除率超過96%。而pH則只需控制在8·5至9之間。Chimenos等人對NH4+-N初始濃度為2320 mg·L-1的染料廢水的實驗中,NH4+-N去除率也達到了90%以上。

磷一方面作為引起富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因素,一方面又是十分寶貴的礦產(chǎn)資源。在現(xiàn)有的技術(shù)水平和經(jīng)濟水平下,世界上已探明的磷儲備量僅夠人類使用100年。由于鳥糞石可以直接作為肥料,因此被認為是最有前景的磷回收途徑之一,第二屆磷回收國際學術(shù)會議還為此特設(shè)專題,開展有關(guān)從污水中回收磷的研究。厭氧消化污泥上清液中含有較高濃度的NH+4-N和PO43--P,適合運用鳥糞石沉淀法進行處理。只要添加少量的Mg2+,即可以使廢水中的各種離子的溶度積達到過飽和狀態(tài),形成鳥糞石沉淀。而且由于其SS較低,生產(chǎn)的鳥糞石純度較高。Münch等人將厭氧消化污泥上清液引入一個帶沉淀區(qū)的流化床反應器內(nèi),添加濃度為60%的Mg(OH)2泥漿,以獲得足夠的Mg2+和堿度。在進水PO43-濃度61 mg·L-1、pH調(diào)節(jié)8·5左右的條件下,PO43-去除率達94%,水力停留時間只需1h。對沉淀所作的分析發(fā)現(xiàn),沉淀中的鎘、鉛、汞含量遠遠低于法定標準,P,Mg,N之比例分別為12·4%,9·1%和39%。同時可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。

日本島根(Shimane)縣污水處理廠,安裝有3套已運行的處理來自于該廠污泥消化液的鳥糞石回收裝置。Mg(OH)2與NaOH以1∶1摩爾比例關(guān)系投入污泥消化液,以增加pH,使鳥糞石以小顆粒狀在流化床內(nèi)沉淀。磷回收裝置目前能實現(xiàn)90%的溶解性磷酸鹽回收,保證生物除磷達標運行。在實際廢水處理中,鳥糞石沉淀法存在著種種限制因素。首先,許多廢水中的氮磷濃度很高,但彼此之間的比例不能滿足鳥糞石沉淀法的要求。在這種情況下,添加某些離子可以提高沉淀效率,但會增加處理成本。而且氮磷本身是廢水處理的控制目標,添加過量會造成二次污染。過量的Mg2+的添加對鳥糞石沉淀法來說是必要的,因此,廉價的添加劑是鳥糞石沉淀法能否實際應用的關(guān)鍵。Mg(OH)2是比較理想的Mg2+添加劑,既增加Mg2+含量,又可提高pH。Mg(OH)2泥漿已在實際生產(chǎn)中運用。初沉池污泥和糞水中都有較高的鈣鎂含量,將它們和磷含量高的污泥混合也不失為一種調(diào)控Mg2+濃度的方法。Hwang等人采用這種方法,將初沉池污泥或糞水與過量攝磷后的污泥以0.67∶1的體積比混合,再加入100 mg·L-1的Mg2+后進行厭氧消化,總磷去除率可達40%~45%,總氮去除率可達35%~39%。若用海水或制鹽工業(yè)中的廢鹽鹵作為Mg2+添加劑,價格更為低廉。其次,廢水的pH一般在6~8之間,而鳥糞石沉淀法所需的pH在8·5~9之間,需要采取一定的手段來提高廢水的pH。但相對于其他的沉淀法,鳥糞石沉淀法所要求的pH條件要低,所需的化學試劑較少。

Battistoni通過實驗證明,厭氧消化污泥上清液的CO2含量為35%~40%,僅僅通過曝氣就可使pH提高到8·5以上。不但節(jié)約了添加藥劑的費用,還可避免出現(xiàn)處理后廢水鹽度過高的情況。

日本北九洲Hiagari污水處理廠,安裝有1個中試流化床鳥糞石沉淀反應器,處理污泥脫水上清液,使用海水作為鳥糞石沉淀的鎂源。大約70%的溶解性磷酸鹽通過曝氣可以在反應器內(nèi)完成沉淀,而不需投加化學藥劑。

意大利Triviso污水處理廠,在污泥脫水上清液線路上安裝了生產(chǎn)性鳥糞石結(jié)晶裝置,采用吹脫方法沉淀磷酸鹽。初步試驗結(jié)果表明:55%~64%的進水磷酸鹽能夠沉淀到回收顆粒上。

鳥糞石的溶解度很低,形成鳥糞石可使廢水中的氮磷得到有效去除。鳥糞石含有氮磷兩種營養(yǎng)元素,是一種很好的緩釋肥。調(diào)控pH和各離子濃度可顯著影響鳥糞石沉淀法的脫氮除磷效果。獲得廉價的Mg2+添加劑,是鳥糞石沉淀法實際應用的關(guān)鍵。鳥糞石沉淀法對于高濃度氮磷廢水的處理具有很好的應用前景。來源：谷騰水網(wǎng)