煤气化废水中有机物对磷酸铵镁结晶法去除氨氮的影响
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煤化工废水中油、酚、氨回收研究进展摘要:在煤气化中会产生酚、氨以及焦油等物质,这些物质会有部分进入到洗气废水中,其被称作是煤气水,在这些废水当中具备可挥发以及不可挥发的酚以及氨氮等物质,如何处理酚氨废水是当前我国化工企业所面对的困难问题之一。
通常使用萃取技术进行酚氨的处理,酚氨回收设施设备也是处理其废水的主要装置,其处理之后的成效对之后的生化处理产生着最为直接的影响,在具体生产作业过程中,油含量、pH值以及相比都对其处理成效有着非常大的影响。
近年来,针对煤化工废水中油类物质、酚类物质以及氨氮回收问题,研究者已取得了较大的成就。
本文全面介绍了煤化工废水中油类物质、酚类物质以及氨氮回收的各种工艺与技术,也全面分析了各种工艺与技术的不足以及存在的瓶颈性问题,以使该领域的研究人员以更加科学的方法了解煤化工废水中油类物质、酚类物质以及氨氮回收技术的研究现状和发展趋势。
关键词:煤化工废;油、酚、氨回收1油类物质的回收煤化工废水中油类物质按颗粒大小可分为浮油、分散油、乳化油和溶解油。
浮油粒径较大,一般>100µm,占含油量的70%~95%;分散油以小油滴形状悬浮分散在污水中,油滴粒径在25~100µm之间;乳化油油滴粒径在0.1~25µm之间,这些油珠与彼此所带的同性电荷相互排斥,阻止了油滴间相互碰撞变大,使油滴能长期稳定地存在于水中;溶解油粒径在几个纳米以下,以分子状态或化学状态分散于水相中,油和水形成均相体系,非常稳定,溶解度很小(5~15mg/L),在水中的比例仅约为0.5%。
目前,煤化工废水中油类物质回收主要针对的是浮油、分散油、乳化油,溶解油含量少、粒径小,回收阶段很少考虑,一般在水体的后续处理阶段被去除。
主要的回收技术有重力沉降法、气浮法以及化学破乳法等。
2酚类物质的回收2.1溶剂萃取技术溶剂萃取技术广泛应用于煤化工废水中酚类物质的回收,并且也得到了工业化的广泛应用。
磷酸镁铵沉淀沉淀(MAP)法处理氨氮废水影响因素分析作者:刘军来源:《北方环境》2013年第11期摘要:磷酸镁铵是通过向氨氮废水中加入镁盐和磷酸盐,关键词:MAP;氨氮;影响因素中图分类号:X830.2 文献标识码:A 文章编号1007-0370(2013)11-0171-03概述近年来,随着经济社会的快速发展和人民生活水平的提高,含氮化合物废水急剧增加,成为环境的重要的污染源而倍受关注。
其中氨氮废水(主要来源于动物排泄物、工业废水、垃圾填埋场渗滤液、饲料生产等等)若处理不当直接排入水体中很容易导致水体富营养化,加速水体中的藻类及其他微生物大量繁殖,导致水质下降,可引起水生生物中毒、死亡,甚至影响人们的健康。
因此,探寻处理氨氮废水工艺,分析影响工艺技术效果因子具有重要的现实意义。
1 MAP法原理1.2 工艺机理2.4 其他除此以外,磷酸镁氨沉淀法处理氨氮废水的效果还与搅拌速度(适当的搅拌速度有利于MAP结晶左右和晶体发育与沉淀析出)、反应温度(根据汤琪[9]等研究,反应温度在25℃-30℃范围内脱氮效果相差不大)、陈化时间等因素有关。
3 结语磷酸镁铵沉淀法处理高浓度氨氮废水具有诸多优点,如该工艺较为成熟,操作简便,反应稳定,去除效率高,而且沉淀物还可回收再利用等优势。
磷酸镁铵沉淀法处理氨氮废水的最佳pH值一般应为9.0~9.5之间,而且根据不同污染源所产生的废水,其反应物配比也有较大差异,反应时间控制在60min为宜。
参考文献[1]邹安华,孙体昌,邢弈.等.pH对MAP沉淀法去除废水中氨氮的影响[J]环境科学动态,2005(4):4-6.[2]张勤,杨彬彬,潘水秀.等.MAP法处理高浓度氨氮废水技术研究进展[J]四川环境,2010,29(5):93-97.[3] 李芙蓉,徐君.MAP法处理高浓度氨氮废水的试验研究[J]工业安全与环保,2006,32(2):34-36.[4] 李柱,杜国勇,钟磊.化学沉淀法去除废水中氨氮试验研究[J]天然气化工,2009,34(4):24-26.[5] 刘大鹏,王继徽,刘晓澜等.MAP法处理焦化废水中氨氮的pH值影响[J]工业水处理,2004,24(1):44-47.[6]丛培龙,康建熊,郑军,等MAP法处理垃圾渗滤液中氨氮的最佳工艺参数探讨[J]平顶山工学院学报,2007,16(2):22-25.[7]郭立萍,白斌,周晓靖.MAP法处理化肥厂高浓度氨氮废水试验研究[J]新乡师范高等专科学校学报,2006,20(2):31-32.[8]黄稳水,王继徽,刘晓澜.等.磷酸镁铵法预处理高浓度氨氮废水的研究[J].工业水处理,2003,23(10):34-36.[9]汤琪,罗固源,季铁军,等.磷酸氨镁同时脱氮除磷技术研究[J]环境科学与技术,2008,31(2):1-5.收稿日期:2013-8-27作者简介:刘军(1977-)男,硕士研究生,汉族,中级职称,甘肃庆阳人,主要从事垃圾渗滤液处理,废水处理,污泥处置,餐厨垃圾处理工作.。
磷酸铵镁沉淀法预处理氨氮废水的研究窦丽花;蒲柳;胡琴【摘要】以某化肥厂氨氮废水为研究对象,采用磷酸铵镁(MAP)沉淀法去除废水中氨氮,同时合成磷酸铵镁(鸟粪石)晶体.沉淀后上清液测定氨氮和总磷含量.MAP法去除氨氮的最佳条件,结果表明,以MgCl2为镁盐,pH在10.5左右,n(P)∶n(N)=1.2.在此条件下,废水中氨氮去除率可达85.72%,废水氨氮浓度达到后期生化处理要求.扫描电镜和X射线衍射仪分析表明,生成的鸟粪石纯度较高,沉淀效果良好.%Using ammonion-nitrogen wastewater from chemical industry as the test subject,magnesium ammonium phosphate hexahydrate(MAP) was prepared by precipitation reaction.Concentration of ammonion-nitrogen was used in supernatant as the test subjects,the conclusion of the removal efficiency of ammonion-nitrogen under the optium reactive conditions was got.Optimal reaction conditions were determined as the following:using magnesium chlorideas magnesium salt;pH value 10.5;n(P)∶n(N)=1.2.Under the optimal reaction conditions the ammonion-nitrogen removal rate was 85.72%,and wastewater reached biochemical treatment after MAP bined with SEM and XRD analysis of the deposit crystals,generated at this time of struvite purity is higher,the precipitation effect is good.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2017(046)008【总页数】5页(P1510-1513,1517)【关键词】磷酸铵镁;氨氮废水;氨氮去除率;沉淀法【作者】窦丽花;蒲柳;胡琴【作者单位】四川省水处理及资源化工程技术研究中心,四川绵阳 621000;国家城市污水处理及资源化工程技术研究中心,四川绵阳 621000;四川省水处理及资源化工程技术研究中心,四川绵阳 621000;国家城市污水处理及资源化工程技术研究中心,四川绵阳 621000;四川省水处理及资源化工程技术研究中心,四川绵阳 621000;国家城市污水处理及资源化工程技术研究中心,四川绵阳 621000【正文语种】中文【中图分类】TQ085+.411;TQ075+.3伴随化肥业的快速发展,越来越多的化肥废水亟需解决[1],氨氮是主要污染物。
有机物对磷酸铵镁结晶影响的研究现状刘吉丹;徐祖信;金伟【摘要】Magnesium ammonium phosphate (MAP) crystallization is one of the effective technologies for nutrients removal and recycling from nitrogen-and phosphorus-containing wastewater. More and more attentions have been paid to this field in recent years. In this paper, the basic principles and influencing factors of the struvite precipitation were reviewed briefly. And based on that, the effect of organic matter on struvite crystallization was discussed emphatically. Furthermore, the problems and the prospect were also proposed.%磷酸铵镁(MAP)结晶法是有效去除和回收高氮磷废水中营养元素的技术之一,近年来受到越来越多的关注.本文在简要介绍MAP结晶法的基本原理和影响因素的基础上,着重评述和分析了有机物在其结晶过程中的影响和作用,总结了目前在这个研究方面的不足之处,展望了该方法的应用前景.【期刊名称】《中国沼气》【年(卷),期】2012(030)001【总页数】6页(P17-21,30)【关键词】磷酸铵镁;结晶;有机物;影响因素【作者】刘吉丹;徐祖信;金伟【作者单位】同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092;同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092;同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092【正文语种】中文【中图分类】X703;S216.4随着我国工农业的发展和人们生活水平的提高,含氮磷化合物的排放量急剧增加,引起了水体的“水华”、“赤潮”等富营养化现象。
我国煤化工废水的特点及其处理技术研究煤化工废水是指在煤炭气化、煤炭液化、煤气补充液化等过程中产生的废水。
由于煤化工过程复杂,涉及到多种化学反应和原料的使用,导致废水中含有多种有机物和无机物,具有以下特点:1. 高COD和BOD:废水中含有大量的有机物质,使得化工废水的化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)指标较高。
COD和BOD越高,表示废水中有机物的含量越多,对水体环境污染的危害越大。
2. 高氨氮含量:煤化工废水中氨氮含量较高,主要来自煤中的氨和氰等有机物的分解产物。
氨氮的存在对水体生态系统有着很大的影响,能引起水体富营养化和藻类过度繁殖,破坏水体生态平衡。
3. 含有重金属离子:煤矸石等原料中含有一定量的重金属元素,这些重金属元素在煤化工过程中会溶解到废水中,导致废水中含有镉、铬、铅、汞等重金属离子。
重金属离子对生态系统和人体健康都有一定的危害。
针对煤化工废水的特点,常见的处理技术有以下几种:1. 生物处理技术:生物处理技术包括好氧生物处理和厌氧生物处理。
好氧生物处理通过引入适宜的微生物,将有机物转化为无机物,达到去除COD、BOD等指标的效果;厌氧生物处理则适用于处理高浓度有机废水,通过厌氧菌的作用,将有机物质分解为甲烷等有用气体。
2. 物理化学处理技术:包括沉淀法、吸附法、氧化法等。
沉淀法通过加入适当的混凝剂使废水中的悬浮物和胶体聚集成较大的颗粒,然后通过沉淀分离。
吸附法则选择适宜的吸附剂,将有机物质吸附到其表面,达到废水的处理效果。
氧化法则通过加入氧化剂,对废水中的有机物进行氧化分解。
3. 膜分离技术:膜分离技术包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等。
膜分离技术通过不同孔径的膜将废水中的溶质和溶剂分离,达到去除有机物、重金属离子、悬浮物等的目的。
针对煤化工废水的特点,合理选择并结合多种处理技术进行处理,能够有效去除有机物和重金属离子,改善废水的水质,达到环境保护的目的。
磷酸铵镁除磷脱氮技术摘要:目前,生物脱氮除磷常采用A2O工艺,但其流程长且成本高,对进水氨氮浓度变化的适应性及抗负荷冲击的能力较差。
本文介绍一种化学沉淀法,即MAP (Magnesium Ammonium Phosphate)脱氮除磷法。
关键词:磷酸铵镁除磷脱氮 MAP 化学沉淀法目前,生物脱氮除磷常采用A2O工艺,但其流程长且成本高,对进水氨氮浓度变化的适应性及抗负荷冲击的能力较差。
本文介绍一种化学沉淀法,即MAP (Magnesium Ammonium Phosphate)脱氮除磷法。
1 MAP除磷脱氮的基本原理向含NH4+和PO43-的废水中添加镁盐,发生的主要化学反应如下:Mg2++HPO42-+NH4++6H2O→MgNH4PO4・6H2O↓+H+(1)Mg2++PO43-+NH4++6H2O→MgNH4PO4・6H2O↓ (2)Mg2++H2PO4-+NH4++6H2O→MgNH4PO4・6H2O↓+2H+(3)再经重力沉淀或过滤,就得到MAP。
其化学分子式是MgNH4PO4・6H2O,俗称鸟粪石;它的溶度积为2.5×10-13。
因为它的养分比其它可溶肥的释放速率慢,可以作缓释肥(SRFs);肥效利用率高,施肥次数少;同时不会出现化肥灼烧的情况。
2 MAP除磷脱氮的影响因素和沉淀物组成分析2.1 Mg2+,NH4+,PO43-三者在反应过程中的比例在处理氨氮废水方面,将H3PO4加入到含有MgO的固体粉末中制成一种乳状液,对2.47×10-3mol/L氨氮废水进行处理,得出H3PO4与MgO的物质的量之比大于1.5时,氨氮去除率最高(90%以上),当进水氨氮质量浓度为42mg/L,在最佳条件下,氨氮质量浓度可降到0.5mg/L以下[1]。
赵庆良[2]等人对5618mg/L氨氮的垃圾渗滤液进行处理,按n(Mg2+):(NH4+):n(PO43-)=1:1:1投加氯化镁和磷酸氢二钠,废水中氨氮质量浓度降为172mg/L,过量投加10%的镁盐或磷酸盐,氨氮质量浓度可分别降为112mg/L和158mg/L,继续提高镁盐或磷酸盐的量,废水中剩余氨氮质量浓度处在100mg/L左右,很难进一步降低。
212管理及其他M anagement and other磷酸镁铵沉淀法去除氨氮工艺研究汪忠良(陕西华源矿业有限责任公司,陕西 商洛 726300)摘 要:文章介绍了磷酸镁铵沉淀法处理氨氮废水机理及实用性,能有效的降低废水氨氮含量,除氮率可达到90%以上。
关键词:磷酸镁铵;氨氮;除氮率中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:11-5004(2020)08-0212-2收稿日期:2020-04作者简介:汪忠良,生于1984年,本科,陕西商南人,助理工程师,工作方向:选矿。
1 磷酸镁铵沉淀法的反应机理向氨氮废液中加入镁离子与磷酸根离子,在一定PH 值下就会生成磷酸镁铵沉淀,主要反应为Mg 2++NH 4++PO 43-+6H 2O=NH 4MgPO 4•6H 2O,磷酸镁铵沉淀主要取决于溶液的过饱和度和PH 值。
1.1 磷酸镁铵的过饱和度磷酸铵镁是一种非常复杂的晶体化合物。
水中pH 值的变化对其生成反应有很大影响,随pH 值的变化,水中的NH 4+、Mg2+和PO 43-浓度不断变化,当这三种离子的活度积超过了磷酸铵镁的平衡条件浓度积时,溶液过饱和然后生成沉淀。
这三种离子的活度取决于体系的pH 值和溶液中可溶的Mg、N 和磷酸盐的浓度,或者在相同的pH 值下,增加组成磷酸铵镁的三种离子中任一离子的含量也可以使体系中磷酸铵镁达到过饱和。
磷酸铵镁的过饱和度β定义如下:β=(Ps/Pseq)1/3;Ps :一定PH 值下磷酸镁铵三种离子的浓度积;Pseq :一定PH 值下磷酸镁铵的平衡条件浓度积。
磷酸镁铵沉淀的形成过程可以分为成核阶段和成长阶段。
在成核阶段,组成晶体的各种离子形成晶胚。
在成长阶段,组成晶体的离子不断结合到晶胚上,晶体逐渐长大达到平衡。
磷酸铵镁晶体生长很复杂,不仅受溶液中传质和晶粒表面累积性质的影响,而且受环境的影响也很大:磷酸铵镁更易在表面粗糙、管道的连接处等环境因素变化的地方聚集。
磷酸铵镁法处理焦化厂高浓度氨氮废水
磷酸铵镁法处理焦化厂高浓度氨氮废水
介绍了磷酸铵镁(magnesium ammonium phosphate,MAP)法处理高浓度氨氮废水的技术,研究了药剂配比、反应pH值以及药剂选择等因素对氨氮去除率的影响.试验结果表明,当在剩余氨水中投加MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O药剂,Mg2+:NH4+:PO3-4的摩尔比为1.4:1:0.9,反应pH值为8.5~9.5的条件下,原水的氨氮浓度可由2000 mg/L降到15 mg/L.并通过对反应沉淀物的结构成分分析,探讨了MAP作为有效缓释肥开发利用的可行性.
作者:刘小澜王继徽黄稳水刘大鹏金先奎蒋谦Liu Xiaolan Wang Jihui Huang Wenshui Liu Dapeng Jin Xiankui Jiang Qian 作者单位:刘小澜,王继徽,黄稳水,刘大鹏,Liu Xiaolan,Wang Jihui,Huang Wenshui,Liu Dapeng(湖南大学环境科学与工程系,长沙,410082)
金先奎,Jin Xiankui(广西壮族自治区北海市环境保护局,北海,536000)
蒋谦,Jiang Qian(湖南湘牛环保实业有限公司,长沙,410007)
刊名:环境污染治理技术与设备ISTIC PKU英文刊名:TECHNIQUES AND EQUIPMENT FOR ENVIRONMENTAL POLLUTION CONTROL 年,卷(期):2005 6(3) 分类号:关键词:磷酸铵镁(MAP) 焦化废水氨氮废水处理。
磷酸铵镁法循环处理高浓度氨氮废水3赵婷 周康根 姜科(中南大学冶金科学与工程学院 长沙410083) 摘 要 提出了磷酸铵镁(M AP )法循环处理氨氮废水的新方法。
在对M AP 的热分解进行特性分析的基础上,利用M AP 在100℃左右温度下直接进行热解2h 的产物来处理高浓度氨氮废水。
研究表明,对于NH 4+质量浓度为900mg/L 的废水,虽然随着循环进行氨氮去除率逐渐减少,但第5次循环后氨氮去除率仍然高于70%。
此方法的特点是磷酸铵镁(M AP )热分解时,可回收高浓度氨水而不再需要投加大量的镁盐和磷盐,实现氨氮的回收和M AP 的循环使用。
关键词 磷酸铵镁 氨氮 循环R ecycle T reatment for W astew ater With H igh Concentration of Ammonium -nitrogen by MAPZHAO T ing ZHOU K ang -gen J IANG K e(School o f Metallurgical Science and Engineering ,Central South Univer sity Changsha 410083)Abstract M AP method is proposed to dispose the amm onium -nitrogen containing wastewater.Based on s ome analysis the decom position of the magnesium amm onium phosphate (M AP ),the residues of magnesium amm onium phosphate decom posed by heating under 100℃in 2h are repeatedly used as the s ources of phosphate and magnesium for the rem oval of high amm onium concentration from wastewater.It shows :to wastewater with initial concentration of NH 4+900mg/L ,the amm onium rem oval decreases gradually following the increase of M AP ,but in the 5th cycle ,amm onium rem oval rate is still over 70%.The advantages of this method is that high concentration amm onia s olution can be recovered by heat decom position of M AP and large am ounts of M agmesium and Phosphorus is not needed to be added ,s o the recovering of am 2m onia -nitrogen and the recycling use of M AP can be realized.K eyw ords M AP amm onium -nitrogen reuse1 前言氨氮是水体污染的主要污染物之一。
磷酸铵镁沉淀去除氨氮机理及影响因素黄海明;丁丽【摘要】磷酸铵镁(MgNH4 PO4·6H2O)是一种难溶复盐,易沉积在管道、曝气装置及泵等地方,严重影响水处理设施的正常运行.然而由于其难溶及易于分离的特性,磷酸铵镁沉淀已在各种氨氮废水处理中获得了广泛的研究.本文综述了近年来国内外有关磷酸铵镁沉淀处理氨氮废水的研究应用成果,分析讨论了其去除氨氮的原理和各种影响因素,指出了当前磷酸铵镁沉淀研究的主要发展方向及仍需解决的问题.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2014(042)009【总页数】4页(P13-15,21)【关键词】磷酸铵镁;氨氮;机理;影响因素【作者】黄海明;丁丽【作者单位】燕山大学环境与化学工程学院河北省应用化学重点实验室,河北秦皇岛066004;燕山大学环境与化学工程学院河北省应用化学重点实验室,河北秦皇岛066004【正文语种】中文【中图分类】X70320世纪30年代Rawn在研究利用消化污泥处理废水时发现了一种白色晶体矿物[1]。
20世纪 60年代,美国洛杉矶Hyperion废水处理厂也发现了该白色晶体沉积在滤筛底部及污泥管道里,引起诸多水处理设备操作问题[2]。
经分析发现该晶体为磷酸铵镁(MgNH4 PO4·6H2 O,MAP)[3],是一种白色晶体矿物,溶解度低,每100 mL水中仅能溶解0.002 3 g[4]。
当水溶液中Mg2+、NH+4及PO3-4混合浓度超过溶解度限值时,MAP可自然发生结晶[5]。
MAP容易沉积在有液体或气流紊动的地方,如泵、通气装置口及管道弯头等,往往造成水处理设备及管道堵塞,增加废水处理厂的运行和维护费用。
不过利用磷酸铵镁的难溶和易于分离特性,可高效去除废水中的氨氮。
目前,许多水处理研究工作者对磷酸铵镁沉淀去除废水中氨氮进行了广泛的研究,发现MAP去除各类废水中氨氮均获到较好的去除效果,并可回收磷酸铵镁作为农用化肥,这不仅可实现废水中氨氮的去除,同时也达到回收氮磷营养元素的目的。
第33卷㊀第11期2014年㊀㊀11月环㊀境㊀化㊀学ENVIRONMENTALCHEMISTRYVol.33,No.11November2014㊀2014年1月14日收稿.㊀∗国家自然科学基金(50908109,51178208,51368024);云南省教育厅重点项目(2013Z123);校企预研基金(2013YT02)资助.㊀∗∗通讯联系人,E⁃mail:huxuewei.env@gmail.comDOI:10.7524/j.issn.0254⁃6108.2014.11.010煤气化废水中有机物对磷酸铵镁结晶法去除氨氮的影响∗胡学伟∗∗㊀靳松望㊀王亚冰㊀夏丽娟㊀张雅琳(昆明理工大学环境科学与工程学院,昆明,650500)摘㊀要㊀研究了杂环类(吡啶㊁喹啉)和酚类(间甲酚㊁二甲酚㊁苯酚)有机物对磷酸铵镁结晶法(MAP,magnesiumammoniumphosphate)处理废水中氨氮的影响.研究表明,杂环和酚类有机物均对MAP法的除氮效果产生抑制作用,杂环类有机物的抑制作用大于酚类有机物,其中加入吡啶㊁喹啉㊁间甲酚㊁二甲酚㊁苯酚相比于对照组(21mg㊃L-1),氨氮残余浓度分别升高45.17㊁56.66㊁43.01㊁50.68㊁49.72mg㊃L-1.因为络合作用和吸附作用,多组分体系MAP晶体产生的抑制作用强于单一组分体系.关键词㊀杂环类有机物,酚类有机物,MAP,氨氮,煤气化废水.EffectoforganicsincoalgasificationwastewateronammonianitrogenremovalbymagnesiumammoniumphosphateprecipitationHUXuewei∗∗㊀㊀JINSongwang㊀㊀WANGYabing㊀㊀XIALijuan㊀㊀ZHANGYalin(CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,650500,China)Abstract:Lab⁃scalebatchexperimentswerecarriedouttoinvestigatetheeffectsofheterocyclicandphenoliccompoundsontheammonianitrogerremovalbymagnesiumammoniumphosphate(MAP)crystallization.Themorphologyoftheprecipitatesobtainedwasobservedwithmicroscope,andtheconcentrationofheterocyclicandphenoliccompoundswasanalyzedbyHPLC.TheresultsshowthatheterocyclicandphenoliccompoundssuppressedammoniumnitrogenremovalbyMAPcrystallization.Withtheadditionofpyridine,quinoline,m⁃cresol,dimethylphenolandphenol,theresidualammoniumnitrogenincreasedby45.17,56.66,43.01,50.68mg㊃L-1and49 72mg㊃L-1,respectively.Thesuppressionofheterocycliccompoundswasmoresignificantthanthatofphenoliccompounds.Becauseofcomplexationandadsorption,thesuppressionofmulti⁃componetsystemisstrongerthanthatofsingle⁃componetoneonammoniumremovalinMAPcrystallization.Keywords:heterocycliccompounds,phenoliccompounds,magnesiumammoniumphosphate(MAP),ammoniumnitrogen,coalgasificationwastewater.煤制油对于解决我国能源问题具有重要意义,但煤制油过程(煤气化制二甲醚路线)中煤气化废水作为一种难降解工业有机废水[1],对环境产生严重威胁,对煤制油的产业化应用造成严重障碍.煤制气废水主要组成成分为酚[2⁃3]㊁挥发酚㊁氨氮㊁石油类以及众多杂环化合物.煤气化废水中成分复杂的各类有毒有机物,会对传统的厌氧⁃缺氧⁃好氧(A/A/O)等脱氮工艺中的硝化反硝化微生物产生严重的毒性抑制,导致生物脱氮效率低下,出水难以满足排放及回用要求.磷酸铵镁结晶法(MAP)法可去除废水中的氨氮[4],产生的MAP沉淀可回收并资源化利用[5⁃7],因此MAP方法已受到广泛关注[8⁃11],掌握各种因素对MAP法的影响规律,对提高MAP法的除氮效果具1958㊀环㊀㊀境㊀㊀化㊀㊀学33卷有重要意义.目前对MAP法除氮效果影响的研究仍旧局限于无机离子的影响[12],在有机物的作用方面却鲜有报道.而刘晓澜[13]等研究表明,采用MAP法处理实际焦化废水,氨氮最终剩余浓度为100mg㊃L-1,远大于MAP法在无有机物干扰条件下的对照实验值(21mg㊃L-1),说明有机物对MAP法处理高氨氮废水有显著影响.因此,采用MAP法处理煤气化废水,必须掌握废水中典型有机物(杂环类㊁酚类有机物)对MAP晶体形成的作用规律和机理.本研究针对煤气化废水中不同有机物(吡啶㊁喹啉㊁苯酚㊁二甲基酚㊁间甲酚),考察其组分对MAP法氨氮去除效果的影响,并探索了有机物对MAP晶体形成产生阻断或抑制的机理,从而为煤气化废水物化预处理策略选择及提高MAP法处理效果奠定理论基础.1㊀材料与方法1.1㊀实验材料根据云南某煤化工企业煤气化废水水质分析报告,配置模拟煤气化废水.用去离子水将分析纯吡啶㊁喹啉㊁苯酚㊁间甲酚和二甲基酚分别配置成浓度为1000mg㊃L-1的储备液,使用前稀释;用去离子水分别将NH4Cl和Na2HPO4㊃2H2O配制成氨氮浓度为360mg㊃L-1㊁PO3-4浓度为2090mg㊃L-1的储备液;以氮磷储备液为溶剂配制一定浓度的单一组分和多组分有机物溶液.1.2㊀有机物影响在室温下分别用氮磷储备液配制浓度为200mg㊃L-1的吡啶㊁喹啉㊁间甲酚㊁二甲酚和苯酚溶液.取100mL模拟废水置于250mL锥形瓶中,投加0.5gMgCl2㊃6H2O(镁源)使MgʒNʒP=1.2ʒ1ʒ1.1,混匀并调节pH值至9.5,以100r㊃min-1的速度搅拌10min,静置10min后,取上清液测定残余氨氮浓度和磷酸根浓度.1.3㊀单一组分影响根据实际废水水质情况,用氮磷储备液分别配制不同浓度的吡啶㊁喹啉㊁间甲酚㊁二甲酚和苯酚单一组分溶液,取100mL模拟废水置于250mL锥形瓶中,投加0.5gMgCl2㊃6H2O(镁源)使MgʒNʒP=1.2ʒ1ʒ1.1,混匀并调节pH值至9.5,以100r㊃min-1的速度搅拌10min,静置10min后,取上清液测定残余氨氮浓度和磷酸根浓度.所配单一组分有机物浓度见表1.表1㊀各有机物浓度(mg㊃L-1)Table1㊀Concentrationsoforganicmatters(mg㊃L-1)有机物组别123456吡啶3.84.47.41012.520喹啉81630405066.7间甲酚100125200300400500二甲酚3610152030苯酚501001502002503001.4㊀多组分影响在室温下用氮磷储备液配制吡啶㊁喹啉㊁间甲酚㊁二甲酚和苯酚的混合溶液,溶液中各有机物的浓度均为1mmol㊃L-1,取100mL模拟废水置于250mL锥形瓶中,投加0.5gMgCl2㊃6H2O(镁源)使MgʒNʒP=1 2ʒ1ʒ1.1,混匀并调节pH值至9.5,以100r㊃min-1的速度搅拌10min,静置10min后,取上清液测定残余氨氮浓度和磷酸根浓度.1.5㊀分析方法pH采用PHS⁃3C(上海雷磁)酸度计测定;氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定[14];正磷酸盐采用钼锑抗分光光度法测定[15].采用Agilent1260高效液相色谱分析有机物在溶液中浓度的变化,色谱柱Agilent(ZORBAXSB⁃C18),检测波长为254nm,流动相为甲醇和水,VʒV=60ʒ40;流动速度1.5mL㊃min-1.晶体形态采用莱卡(DM1000)显微镜进行观察.㊀㊀11期胡学伟等:煤气化废水中有机物对磷酸铵镁结晶法去除氨氮的影响19592㊀结果与讨论2.1㊀杂环类和酚类有机物对MAP法除氮效果影响由图1可知,实验中所选有机物为杂环类(吡啶㊁喹啉)和酚类有机物(间甲酚㊁二甲酚㊁苯酚).加入吡啶㊁喹啉㊁间甲酚㊁二甲酚和苯酚后残余氨氮浓度相对于对照组分别升高45.17㊁56.66㊁43.01㊁50.68㊁49 72mg㊃L-1.杂环类及酚类有机物对MAP法去除氨氮均有明显的抑制作用.图1㊀有机物种类对MAP法除氮效果的影响Fig.1㊀EffectofdifferentorganicsonammoniumnitrogenremovalbyMAPcrystallization2.1.1㊀杂环类有机物对MAP法除氮效果影响由图2可知,吡啶对MAP法去除氨氮效果的抑制作用随浓度的上升而增强,喹啉对MAP法去除氨氮效果的抑制作用随浓度的增加变化不显著.在吡啶和喹啉浓度上升的过程中,MAP晶体形成所消耗的磷酸根离子和铵根离子物质的量之比不变,均为1,符合磷酸铵镁生成的离子方程式(Mg2++NH+4+HPO2-4+6H2O=MgNH4PO4㊃6H2Oˌ+H+),说明溶液中消耗的磷酸根几乎全部参与了磷酸铵镁晶体的形成.图2㊀吡啶和喹啉对MAP法除氮效果的影响Fig.2㊀EffectofpyridineandquinolineonammonianitrogenremovalbyMAP吡啶和喹啉都属于含氮杂环化合物,是 NN型 螯合剂,可以通过氮原子与金属离子相键合[16].这是因为吡啶会通过氮上的孤对电子和金属离子络合,即使氮上的孤对电子被阻碍,吡啶和金属离子也能形成η6 络合物.此外,吡啶氮的β位共振能低其也会与金属离子形成络合物[17],所以吡啶会和溶液中的镁离子产生络合使镁离子的浓度下降,溶液的过饱和度降低[18],导致反应正向的驱动力下降,不利于MAP晶体的形成.喹啉也会和金属离子产生络合作用,并且喹啉的络合作用要强于吡啶,因为喹啉的α位和γ位较吡啶活泼,双芳环的共振稳定作用远小于吡啶(单芳环)共振作用的二倍,所以在双环体系形成反应中间体过程中损失的共振稳定作用要比吡啶形成络合物损失小[17],使得喹啉对镁离子的络合作用更强.喹1960㊀环㊀㊀境㊀㊀化㊀㊀学33卷啉还会和镁离子产生配合作用而使镁离子的含量进一步减小,不利于MAP晶体生成.由于喹啉对镁离子同时具有络合和配合作用,且络合作用强于吡啶,所以在低浓度时已表现出很强的抑制作用.2.1.2㊀酚类有机物对MAP法除氮效果的影响由图3可知,随着间甲酚㊁二甲酚和苯酚浓度的增加,其对MAP晶体形成的抑制作用随之增强.因为酚类有机物中的酚羟基是电子给体,是一类天然螯合剂,容易与金属离子配位[19],所以酚类有机物会和镁离子配位,降低镁离子的浓度,抑制晶体的形成.图3㊀间甲酚㊁二甲酚和苯酚对MAP法除氮效果的影响Fig.3㊀EffectofphenolsonammonianitrogenremovalbyMAP由图4可见,反应前后间甲酚㊁二甲酚及苯酚的浓度均有下降.这是因为MAP晶体是一种碱性晶体,表面带正电[20].反应前溶液的pH值为9.5,此时酚类物质已变成酚钠,由于静电作用吸附在临界晶核的表面,造成有机物浓度下降.有机物吸附在晶体表面使得成核能量势垒升高,从而抑制成核.体积能和表面能也是影响MAP晶体生成的两个重要因素[21].图4㊀反应前后3种酚类浓度变化Fig.4㊀Concentrationchangeofthreephenolsafterreaction由于酚类在晶体表面的吸附作用,使表面能上升而体积能下降,体系的能量上升,并且会增加MAP晶体形成所需的诱导时间[22],不利于MAP晶体形成[21],造成溶液中残余氨氮浓度上升.㊀㊀11期胡学伟等:煤气化废水中有机物对磷酸铵镁结晶法去除氨氮的影响1961从图3也可以看出,随着间甲酚㊁二甲酚及苯酚浓度的增加,反应过程中的磷氮去除比增大,均大于1.大于磷酸铵镁生成离子方程式的磷氮比,说明磷酸根的消耗量大于铵根.这是因为酚类吸附在晶体的表面,限制了磷酸根向晶体表面扩散,无法进入晶格参与结晶.磷酸根与镁离子形成溶解度更小的Mg3(PO4)2沉淀,同时Mg3(PO4)2沉淀会覆盖在MAP晶体表面降低了扩散速率[19],从而限制了晶体的增长速率,也使成晶离子的浓度积下降,溶液的过饱和度降低不利于晶体的形成,造成氨氮残余量增加.2.2㊀杂环及酚类有机物对MAP晶体形状的影响如图5所示,溶液中未加入杂环及酚类有机物所获得的MAP晶体是斜方形晶体[23],而加入有机物后产生的MAP晶体呈箭头状.说明杂环及酚类有机物的引入不仅会抑制晶体的形成,还会影响晶体的形状.杂环及酚类有机物不进入晶格,而是集中在晶体表面附近,改变了晶体表面性质,使晶体呈现光滑面,造成MAP晶体的生长速率下降,不利于MAP晶体的长大[21].Wierzbicki等[24]人研究表明有机物可吸附在MAP晶体的(101)位面,导致(100)方向上晶体生长受阻,形成箭头状晶体.图5㊀有机物对MAP晶体影响Fig.5㊀EffectoforganicmattersonMAPcrystal2.3㊀有机物共存体系对MAP法脱氮效果的影响从图6可以看出,单一组分中,加入杂环类有机物的溶液中氨氮剩余量均大于酚类有机物;3种酚类有机物共存体系与两种杂环有机物共存体系的氨氮残余量相差较小,分别为77.43㊁71.2mg㊃L-1,说明杂环类有机物对MAP法除氮效果的抑制作用大于酚类有机物.这是因为杂环和酚类有机物都可以和镁离子形成络合物,从而抑制MAP法的除氮效果.杂环化合物与金属离子的结合位点多于酚类化合物[17],使得杂环有机物的抑制作用强于酚类有机物.杂环类有机物和酚类有机物各自的多组分体系都比单一组分体系的残余氨氮浓度高,酚类和杂环类有机物在溶液中共存时,氨氮的残余量为98.98mg㊃L-1,远远高于单一组分体系的氨氮残余量.图6㊀有机物共存体系对MAP法除氮效果的影响Fig.6㊀EffectoforganicsonammoniumremovalbyMAP溶液中酚类有机物的种类越多,对MAP晶体的包裹作用就越强,会使微胶囊效应更强烈[25],从而对MAP晶体形成的抑制作用越大.同时,酚类有机物抑制镁离子和磷酸根离子进入晶格参与反应,且镁㊀环㊀㊀境㊀㊀化㊀㊀学33卷1962离子会与磷酸根反应生成Mg3(PO4)2,进一步降低成晶离子的浓度积,导致溶液的过饱和度下降,抑制MAP晶体的形成,残余氨氮量增加.吡啶和喹啉共存体系中,吡啶和喹啉对镁离子的络合作用大于单一组分,因此多组分体系的氨氮残余量大于单一组分.3㊀结论(1)杂环类有机物和杂酚类有机物会抑制MAP晶体的形成,且杂环类有机物的抑制作用大于杂酚类有机物.(2)杂环有机物(吡啶㊁喹啉)会与镁离子产生络合作用,抑制MAP法的除氮效果,并且会集中在晶体表面改变晶体形状.(3)由于杂酚类有机物的亲电性,使其吸附在MAP晶体表面降低了体系的体积能,从而抑制晶体的生长,并且导致晶体形状的改变,同时杂酚类有机物与镁离子产生配合作用,降低了MAP法的除氮效果.(4)对于杂酚类和杂环类有机物而言,多组分有机物对MAP晶体形成的抑制作用大于单一组分,且混合组分种类越多抑制作用越强.参㊀考㊀文㊀献[1]㊀张国涛,万新华,李伟,等.微量臭氧催化氧化深度处理煤气化废水[J].环境工程学报,2013,7(1):263⁃267[2]㊀WangJS,ZhaoLH.Analysisoforganiccompoundsincoalgasificationwastewater[J].JournalofEnvironmentalSciences,1992,4(1):84⁃96[3]㊀尚宝月,谷力彬.煤气化废水处理研究进展[J].化工进展,2012,31:182⁃185[4]㊀波晏,胡成生,朱凡,等.磷酸铵镁沉淀法去除NH3⁃N的影响因素及应用研究[J].环境化学,2005,24(6):685⁃689[5]㊀LiXZ,ZhaoQL.Recoveryofammonium⁃nitrogenfromlandfillleachateasamulti⁃nutrientfertilizer[J].EcologicalEngineering,2003,20(2):171⁃181[6]㊀YetilmezsoyK,Sapci⁃ZenginZ.RecoveryofammoniumnitrogenfromtheeffluentofUASBtreatingpoultrymanurewastewaterbyMAPprecipitationasaslowreleasefertilizer[J].JournalofHazardousMaterials,2009,166(1):260⁃269[7]㊀张道斌,吕玉娟,张晖.化学沉淀法去除垃圾渗滤液中氨氮的试验研究[J].环境化学,2007,26(1):62⁃65[8]㊀DoyleJD,ParsonsS.A.Struviteformation,controlandrecovery[J].Waterresearch,2002,36(16):3925⁃3940[9]㊀SuzukiK,TanakaY,KurodaK,etal.Removalandrecoveryofphosphorousfromswinewastewaterbydemonstrationcrystallizationreactorandstruviteaccumulationdevice[J].BioresourceTechnology,2007,98(8):1573⁃1578[10]㊀StratfulI,ScrimshawMD,LesterJN.Conditionsinfluencingtheprecipitationofmagnesiumammoniumphosphate[J].WaterResearch,2001,35(17):4191⁃4199[11]㊀黄海明,波晏,陈启华,等.化学沉淀法去除稀土废水中氨氮试验[J].环境化学,2008,27(6):775⁃778[12]㊀SongY,YuanP,ZhengB,etal.Nutrientsremovalandrecoverybycrystallizationofmagnesiumammoniumphosphatefromsyntheticswinewastewater[J].Chemosphere,2007,69(2):319⁃324[13]㊀刘大鹏,王继徽,刘晓澜,等.MAP法处理焦化废水中氨氮的pH值影响[J].工业水处理,2004,24(1):44⁃47[14]㊀王浩,成官文,宋晓薇,等.化学沉淀法去除稀土湿法冶炼废水中钙与高浓度氨氮研究[J].环境科学,2013,34(7):2718⁃2728[15]㊀彭剑峰,宋永会,袁鹏,等.SPRR工艺回收养猪废水营养元素研究[J].农业环境科学学报,2007,26(6):2173⁃2178[16]㊀武汉大学编.分析化学[M].北京:高等教育出版社,2012:166⁃167[17]㊀J.A.焦耳,K.米尔斯.杂环化学[M].北京:科学出版社,2004:71⁃77[18]㊀RyuHong⁃Duck,KimDaekeun,LeeSang⁃Ill.Applicationofstruviteprecipitationintreatingammoniumnitrogenfromsemiconductorwastewater[J].Journalofhazardousmaterials,156(1):163⁃169[19]㊀马伟.固水界面化学与吸附技术[M].北京:冶金工业出版社,2011:121⁃122[20]㊀叶建东,锋肖,王秀鹏,等.十二烷基硫酸钠在化学沉淀法合成羟基磷灰石粉体中的防团聚作用[J].功能材料,2005,36(10):1594⁃1596[21]㊀陈敬中.现代晶体化学[M].北京:科学出版社,2010:103⁃114[22]㊀KofinaAikateriniN,DemadisKonstantinosD,KoutsoukosPetrosG.Theeffectofcitrateandphosphocitrateonstruvitespontaneousprecipitation[J].CrystalGrowth&Design,2007,7(12):2705⁃2712[23]㊀唐建军,文艳芬,邹原,等.MAP热分解产物的氨氮吸附性能研究[J].环境工程学报,2009,3(4):625⁃629[24]㊀WierzbickiA,SallisJD,StevensED,etal.Crystalgrowthandmolecularmodelingstudiesofinhibitionofstruvitebyphosphocitrate[J].Calcifiedtissueinternational,1997,61(3):216⁃222[25]㊀陶飞飞,田晴,李方,等.共存杂质对磷酸铵镁结晶法回收磷的影响研究[J].环境工程学报,2011,5(11):2437⁃2441。