沉淀氣浮法處理化肥廠廢水
沉淀氣浮法可以克服化學(xué)沉淀法處理化肥廠廢水時的固液分離困難的缺點，實現(xiàn)高效的固液分離。
所用沉淀劑為化學(xué)純的磷酸氫二鈉（Na2HPO4·12H2O）和氯化鎂（MgCl2·6H2O），使用時直接添加固體。氣浮劑十二酸鈉為化學(xué)純藥劑，使用時配成0.5％的溶液添加。沉淀試驗時只添加沉淀劑，氣浮試驗時氣浮劑和沉淀劑一起添加。pH值無特殊說明均為藥劑添加前的pH值。
試驗分為沉淀和氣浮兩個步驟，先進行沉淀試驗，確定最佳條件后再進行氣浮試驗。沉淀試驗過程如下：每次用量筒取試驗廢水 400mL置于燒杯中，先用酸或堿調(diào)整到規(guī)定的pH值，加入規(guī)定量的沉淀劑，快速攪拌 5min，靜置 20min后用真空過濾機過濾，分析濾液中的氨氮質(zhì)量濃度。氨氮的測定用納氏試劑比色法。以氨氮沉淀率評價氨氮沉淀的效果，它是指沉淀前后氨氮濃度的差值與試驗廢水初始氨氮濃度比值的百分?jǐn)?shù)。所得固體在 50 oC烘干 4h后制樣，用X射線粉晶衍射儀確定其成分。
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因為試驗中涉及到沉淀劑添加量的表示，在此給予說明，用N表示NH4＋的物質(zhì)的量，用Mg表示Mg2＋物質(zhì)的量，用P表示PO43－的物質(zhì)的量，N：Mg：P表示NH4＋、Mg2＋和PO43－的物質(zhì)的量比，所有比例都以NH4＋物質(zhì)的量為1為基準(zhǔn)，N＝Mg表示NH4＋和Mg2＋兩者的物質(zhì)的量相等， 敘述中磷的添加量為1即表示所添加的磷酸氫二鈉中所含的PO43－與NH4＋的物質(zhì)的量比為1，余者類推。
氣浮試驗是在氣浮柱內(nèi)完成的，具體試驗裝置見圖1。氣浮時添加沉淀劑和氣浮劑混合均勻后攪拌5 min，然后將水樣直接加入到氣浮柱6中。開動空氣壓縮機1后，打開閥門3并調(diào)節(jié)其大小使氣壓表2保持在0.25MPa，經(jīng)氣體流量計4后由布?xì)獍?產(chǎn)生微小氣泡進行氣浮。同時浮出物會從泡沫產(chǎn)品收集槽7中轉(zhuǎn)移到泡沫產(chǎn)品儲存器8中。氣浮結(jié)束后，把泡沫產(chǎn)品和氣浮柱內(nèi)的水分別過濾，濾出的固體在50oC烘干4 h后稱重。用氣浮回收率評價氣浮的效果，其數(shù)值是泡沫產(chǎn)品中的固體質(zhì)量占?xì)飧∏八畼又锌偣腆w總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。 泡沫產(chǎn)品中的固體送紅外光譜測試，分析氣浮劑與沉淀物的吸附機理。
試驗結(jié)果與分析
3.1 不同 pH值下磷酸氫二鈉用量對氨氮沉淀率的影響
圖2是在保持鎂的用量為1不變，改變磷的添加量（表示為P：（N=Mg））在不同pH值時氨氮沉淀率的試驗結(jié)果。
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從圖2中可以看出在不同的pH值下改變磷酸氫二鈉的用量對氨氮沉淀率的影響趨勢是相同的，氨氮沉淀率都隨磷酸氫二鈉用量的增大而增加。相同沉淀劑條件下，氨氮沉淀率隨 pH 值先增加后有所降低。但在 pH=8.5 條件下隨磷酸氫二鈉用量的增加氨氮沉淀率始終低于 60%；在 pH＝10.5 時，氨氮沉淀率始終大于 77.4％；而 pH＝10.5 時通過增大磷酸氫二鈉的用量可以使氨氮沉淀率達(dá)到99.8%。這說明 pH 值對氨氮沉淀率的影響很大，磷酸氫二鈉用量也對氨氮沉淀率有較大的影響，而且在 pH＝10.5時氨氮沉淀率最高。
3.2不同 pH值下氯化鎂用量對氨氮沉淀率的影響
圖3是在保持磷1時，改變鎂的用量（表示為Mg：（P=N））在不同pH值時氨氮沉淀率的試驗結(jié)果。
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從圖中可以看出在相同的 pH 值下改變氯化鎂的用量對氨氮沉淀率的影響趨勢基本相同的，氨氮沉淀率都隨氯化鎂用量的增大先增加，在超過一定量后又有所下降。 相同沉淀劑條件下， 氨氮沉淀率隨 pH值先增加然后有所降低， 在pH=8.5條件下隨氯化鎂用量的增加氨氮沉淀率略有增加但始終低于 50%；在 pH＝10.5時氨氮沉淀率始終大于 81.8％，而且 pH＝10.5 時通過增大氯化鎂的用量氨氮沉淀率可以達(dá)到 95.9%。這進一步說明 pH 值對氨氮沉淀過程的影響是很大的，而且在 pH＝10.5 時氨氮沉淀率比較高。
試驗表明，化肥廠廢水中的氨氮可以用沉淀法去除，pH值、沉淀劑的比例、和總添加量對氨氮沉淀率都有影響，當(dāng)pH值為 10.5，N、Mg、P物質(zhì)的量比為1：1.2：1 時，氨氮沉淀率可以達(dá)到 95.9％以上，增加或降低 pH 值，沉淀率都會有所降低，但增加沉淀劑用量氨氮沉淀率不會有明顯變化。
3.3氣浮試驗結(jié)果及分析
氣浮試驗是依據(jù)沉淀試驗的最佳藥劑比例條件 N：Mg：P＝1:1.2:1.0，保持氣浮柱進口壓力0.25MPa，氣浮 5min，分別在 pH＝8.5、pH＝9.5、pH10.5 和pH＝11.5 的條件下，十二酸鈉和油酸鈉都可以作為磷酸銨鎂的氣浮劑。因此在四種 pH值下不同十二酸鈉、油酸鈉用量的氣浮效率進行了比較，油酸鈉在pH為 10.5 時隨藥劑量的增加先增加，后有所降低，最高氣浮回收率能達(dá)到 95.8％，油酸鈉與十二酸鈉相比，藥劑用量對氣浮效率影響較大。相同條件下氣浮效率十二酸鈉好于油酸鈉。氣浮試驗結(jié)果表明通過添加十二酸鈉或油酸鈉都能夠?qū)崿F(xiàn)對沉淀物的氣浮，氣浮效果十二酸鈉好于油酸鈉，影響氣浮效率的主要是藥劑的用量，其次是pH值。
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從圖中還可以看到十二酸鈉用量少時，不同 pH值的氣浮效率差距比較大，而且在 pH＝9.5 時的氣浮效率最高。隨著十二酸鈉用量的增加，不同 pH值的氣浮效率的差距逐漸減小，特別是 pH＝8.5 和 9.5 的兩種情況，當(dāng)十二酸鈉用量為12.5mg/L 時 pH＝9.5 的氣浮效率比 pH＝8.5 時高 11.6 個百分點，用量增加到75mg/L 時 pH＝8.5 和 pH＝9.5 的氣浮效率幾乎沒有差別。從這種規(guī)律中可以看到要達(dá)到較高的氣浮效率 pH＝11.5 時用量比 pH＝9.5 時大。pH＝9.5 時加入25mg/L 十二酸鈉氣浮效率就可達(dá) 88.3%，在 pH＝10.5 時添加 25mg/L 十二酸鈉氣浮效率就可達(dá)到 90.1％。從氣浮試驗結(jié)果看，pH 值低時有利于氣浮，但 pH值低對沉淀不利。綜合考慮沉淀浮選的 pH應(yīng)為 10.5，最佳氣浮劑為十二酸鈉，用量為 75mg/L，此時氣浮的回收率為 96.9％，沉淀氣浮氨氮的總回收率可以達(dá)到92.9％。
3.4氣浮劑與沉淀物的作用機理
圖 6 是用沉淀 pH值 11.5 時，N：Mg：P為 1：1.2：1 時不同物質(zhì)的紅外光譜。其中I 是只加沉淀劑時形成的沉淀物的紅外光譜，其中各吸收峰的歸屬見表1？梢娏姿徜@鎂中主要基團的吸收峰都有體現(xiàn)，所以證明生成的沉淀物是磷酸銨鎂。
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表 1 pH值 11.5時只加沉淀劑時生成的沉淀的紅外光譜的吸收峰分析
圖 6中II是氣浮試驗時使用的十二酸鈉的紅外光譜，該譜圖表明，所使用的為純十二酸鈉，因為譜圖中沒有出現(xiàn)脂肪酸中－COOH的特征吸收峰。當(dāng)脂肪酸為單體分子時該峰的位置應(yīng)該在1760 cm－1附近，當(dāng)為二聚體存在時應(yīng)在1710 cm－1附近。而出現(xiàn)在1560 cm－1和 1445 cm－1的吸收峰是羧酸鹽的特征吸收峰，其中 1560 cm－1是R－COO－中－COO－基團的不對稱伸縮振動吸收峰，1445 cm－1是其對稱振動吸收峰，881 cm－1 吸收峰是其面內(nèi)彎曲振動吸收峰。其中在2923cm－1和2850 cm－1兩個吸收峰是十二酸鈉中－CH3和－CH4中C－H鍵的對稱振動吸收峰。
圖6中譜圖III是同時添加沉淀劑和十二酸鈉生成的沉淀物的紅外光譜圖。 從圖中看出，沉淀中有十二酸根離子的存在，最明顯的是 2919cm?1和 2853cm?1兩個吸收峰，說明十二酸鈉吸附在了沉淀物中。但十二酸鈉的特征吸收峰出現(xiàn)在1560 cm?1的R－COO－中－COO－基團的不對稱伸縮振動吸收峰的相對強度發(fā)生了明顯變化，并且十二酸鈉特征峰位置發(fā)生了變化，即其對稱振動吸收峰的位置也由 1445 cm?1位移到 1460cm?1，從位移幅度可以判斷其周圍的化學(xué)環(huán)境發(fā)生了變化，即可以認(rèn)為十二酸鈉與沉淀物發(fā)生了化學(xué)吸附。
對沉淀pH值9.5時同時添加沉淀劑和十二酸鈉生成的沉淀物也進行了研究，結(jié)果表明此時十二酸鈉與沉淀物也發(fā)生了化學(xué)吸附，其影響規(guī)律與沉淀 pH值為11.5 時相同。 由此說明化肥廢水在試驗范圍內(nèi)十二酸鈉與沉淀物作用發(fā)生化學(xué)吸附。
4 結(jié)論
（1）化肥廢水中的氨氮可以用沉淀的方法沉淀，影響因素主要是沉淀時的 pH值，沉淀藥劑的用量和沉淀藥劑與氨氮的物質(zhì)的量的比，pH為 10.5 時，氨氮沉淀率可達(dá)到 95％以上。
（2）用氣浮法可以回收所生成的氨氮沉淀物，最重要的影響因素是氣浮劑的添加量，pH 值也影響沉淀物的可浮性，但通過改變氣浮劑的添加量可以減少其影響。氣浮回收率很容易達(dá)到 90％以上。氣浮劑十二酸鈉用量為 75mg/L，pH 值為 10.5 時，氨氮的回收率即可達(dá)到92.9％。
（3）與沉淀法相比，氣浮法具有氣浮時間短、操作方便、泡沫產(chǎn)品濃度高等優(yōu)點，該方法為廢水中氨氮的有效回收和綜合利用提供了一條新的途徑。
（4）沉淀氣浮后的物質(zhì)主要為晶態(tài)的MgNH4PO4·6H2O，可以作為復(fù)合肥料進一步開發(fā)利用。
（5）通過X衍射分析在pH為 9.5～11.5 之間生成的沉淀物都以MgNH4PO4·6H2O為主，經(jīng)紅外光譜分析表明，十二酸鈉在磷酸銨鎂表面發(fā)生的是化學(xué)吸附，從而
使其表面疏水而上浮。
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