[发明专利]一种替代鸟粪石矿石的滤池滤料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种去除并回收废水中氮磷污染物的滤池滤料的制备方法，适用于各种含氮磷废水中的氨氮和磷酸盐污染物质的去除及回收利用工程，属于废水处理技术领域。

背景技术

目前，高浓度氨氮废水的处理技术，有生物合成硝化法、离子交换法、空气蒸汽气提法、化学沉淀法等，但均有不足之处，如气提法能耗高、容易结垢，并且必须进行后处理，否则会产生二次污染；吸附法受平衡过程控制，不可能除去废水中少量的氨氮，离子交换法树脂用量较大，再生频繁，废水需预处理除去悬浮物；生物合成硝化法是现阶段较为经济有效的方法，工艺较为成熟，并已进入工业应用领域，但该法的缺点是温度及废水中的某些组分较易干扰进程，且占地面积大、反应速度慢、污泥驯化时间长，对高浓度氨氮废水的处理效果不够理想；常规的化学沉淀法采用铁盐、铝盐、石灰法，将产生大量的污泥，这些污泥的浓缩脱水性能较差，给整个工艺增加困难。上述方法的共同不足之处是处理后的氨氮无法回收利用。

而高度含磷废水的处理技术包括生物除磷和化学除磷法。生物除磷同样具有占地面积大、反应速度慢、污泥驯化时间长，处理效果不够理想的缺点；化学除磷也会产生大量的污泥，后续处置困难，且无法实现磷的回收利用。

上世纪60年代以来，开始研究应用鸟粪石沉淀回收废水中的氨氮和磷，取得了良好的效果。

磷酸铵镁（MgNH₄PO₄·6H₂O）俗称鸟粪石，简称MAP，白色粉末无机晶体矿物，相对密度1.71。MAP是一种高效的缓释肥料，在沉淀过程中不吸收重金属和有机物。此外，它可用作饲料添加剂、化学试剂、结构制品阻火剂等。

废水处理中的鸟粪石沉淀（MAP）法就是将Mg²⁺加入到含有磷酸盐和氨氮的污水中，反应生成难溶的鸟粪石沉淀，以实现废水中除磷脱氮的方法。与传统活性污泥法相比，可以减少50%的污泥体积，对实现氨氮和磷资源回收具有重大意义。

在水溶液中，鸟粪石的形成过程可以用以下三个化学方程式来描述：

Mg²⁺+PO₄^3- +NH₄ ⁺+H₂O→MgNH₄PO₄·6H₂O              （1）

Mg²⁺+HPO₄^2- +NH₄ ⁺ +6H₂O→MgNH₄PO₄·6H₂O +H⁺       （2）

Mg²⁺+ H₂PO₄^- + NH₄ ⁺+6H₂O→MgNH₄PO₄·6H₂O +2H⁺      （3）

由上式可知，鸟粪石的形成受水溶液pH的影响很大，当溶液中Mg²⁺、NH₄ ⁺、PO₄^3-的活度积大于鸟粪石的溶度积Ksp时，会自发沉淀生成鸟粪石。目前为止，已经有许多试验测试计算得出鸟粪石的溶度积常数为3.89×10^-10～7.08×10^- 14。

由（1）式可知，生成鸟粪石理论上的摩尔比应为1∶1∶1。根据同离子效应，增大Mg²⁺、PO₄^3-的配比可促进（1）式反应进行，从而提高氨氮的去除率。但若增加Mg²⁺和PO₄^3-量，则反应后的残余磷量和Mg²⁺增加，会带来新的污染。

在实际运行中，由于废水成分复杂，杂质种类多，如采用鸟粪石沉淀法去除氨氮和磷，会产生沉淀物质混杂，不易分离，运行成本高，且对于低浓度氨氮和磷酸盐去除效率低等缺点。最大的问题是产生的鸟粪石沉淀无法回收利用。