生物制藥廢水脫氮除磷MAP技術
1、MAP法概述
MAP技術是通過在廢水中加入一些離子,使之與廢水里面的氮磷離子發(fā)生反應形成沉淀物,最后將其過濾,即可達到脫氮除磷的目的。具體操作為:把Mg2+加在含有氮磷元素的廢水里面,若PO43-含量少,可根據(jù)實際情況添加,直至廢水中的NH4+、PO43-和Mg2+的離子在廢水中的狀態(tài)是過飽和即可。
該方法不僅能同時有效去除廢水中高濃度的氨氮和磷酸鹽,而且不會像傳統(tǒng)的處理方法那樣產(chǎn)生一些氧化氮。反應結束后產(chǎn)生的MAP作為晶種可以起到催化劑的作用,提高廢水中的反應速度。同時,若對其進行加熱處理,可分解產(chǎn)生NH和MgHPO4,可以被再次回收利用,后者在廢水中依舊能夠發(fā)揮脫氮除磷作用。除此之外,由于MAP中有大量的氮、磷、鎂元素,因此,被廣泛應用于各個行業(yè),如農(nóng)業(yè)施肥、醫(yī)藥、涂料以及軟泡阻燃劑等皆有涉及。
當前,由于MAP技術具有無污染、可循環(huán)的特性,在尿液、礦業(yè)、禽畜業(yè)、食品加工業(yè)和冶金焦化業(yè)等各個行業(yè)的廢水處理中得到了廣泛的應用。另外,MAP技術在處理垃圾滲濾液和污泥厭氧消化液中也發(fā)揮了巨大的作用。
2、MAP法處理氮磷廢水的影響因素
2.1 實驗內(nèi)容
2.1.1 pH的影響
若選用MAP技術處理含有氨氮離子的廢水,要分析pH對該實驗效果的影響。一般在pH8.5~10.5時處理效果最明顯。由于在堿性環(huán)境中,pH越大,MAP溶解得就越少,且僅溶于酸而不溶于堿。因此,選用NaOH和HCl來調(diào)節(jié)廢水中的pH,使其能夠始終維持在10左右。通常情況下,廢水中的主要反應是在pH7~10.5的情況下發(fā)生的。若pH低于7,則PO43-的質(zhì)量分數(shù)較低,會妨礙其反應的發(fā)生;若pH高于10.5,則磷酸銨鎂被分解,游離出來的氨氮與鎂離子發(fā)生反應形成Mg3(PO4)2沉淀,更加不利于反應的進行。
2.1.2 反應溫度影響
溫度也會對脫氮除磷的進程產(chǎn)生較大的影響,經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn),在25~30℃下進行廢水中的氨氮去除操作時,其效果最為明顯。通過實驗可知,在溫度為30℃之前,氨氮的去除效果與溫度呈正相關,即溫度高則效果好。但當溫度高于30℃,氨氮的去除效果反而下降,這是因為溫度極大地影響著溶液中含有的NH4OH、HPO4-以及MgNH4PO4的電離。然而,并非所有溶液都會由于溫度而受到較大影響,如選用MAP技術對質(zhì)量分數(shù)為15%~35%的垃圾滲濾液進行脫氮除磷實驗時,基本不受溫度變化的影響。
綜上所述,溫度仍然是影響脫氮除磷的重要因素。因此,要確保實驗在25~30℃進行。在我國MAP技術任何季節(jié)均可使用。
2.1.3 反應時間的影響
廢水中的反應速率會隨著時間的增加而減慢,這是因為溶液中氨氮濃度隨著時間的遞增而逐漸減少。實驗結果表明,氨氮的脫除效率會隨著反應時間的增加而增加,剩余氨氮的濃度降低;但是功率消耗也相應增加,加工成本很高。
試驗中,快速攪拌180r/min時為1min,慢攪拌30min時為120r/min;實踐中可根據(jù)水質(zhì)試驗情況確定。在一定的pH、溫度和時間范圍內(nèi),通過實驗控制Mg和N的摩爾比,分析氮磷去除效果與Mg和N的摩爾比之間的關系。
當NH4+-N的初始質(zhì)量分數(shù)為150mg/L時,pH=10,當Mg:N的初始質(zhì)量分數(shù)從0.2:1增加到1.2:1時(0.2:1,0.4:1,0.6:1,0.8:1,1:1,1.2:1),分析NH4+-N的脫除率、PO43-P的脫除率與Mg:N的摩爾比之間存在的關系。
2.2 結果與討論
2.2.1 不同Mg:N摩爾比對氨氮去除的影響
Mg:N摩爾比對氨氮去除率的影響結果見圖1。從結果來看,pH控制在10左右,實驗溫度在20~30℃,經(jīng)過完全沉淀后由實驗數(shù)據(jù)可知,氨氮去除率隨Mg:N摩爾比的變化而變化,Mg:N從0.2:1提高到1:1,去除氨氮的百分率從33.98%提高到83.03%,MgNH4PO4?6H2O沉淀從中產(chǎn)生,n(Mg2+):n (NH4+):n (PO43-)的理論去除率之比為1:1:1。
2.2.2 Mg:N摩爾比對磷去除的影響
圖2顯示了不同Mg:N摩爾比對磷去除率的影響。
鎂氮比從0.2:1提高到1:1,磷的脫除率從73.14%提高到94.17%,并且已經(jīng)達到較高的脫除率。在實驗過程中要注意控制鎂的含量,避免其過量而降低氮磷的去除率。一般情況下,添加適量的鎂可增加去除率。而磷氮之比一般保持在1.0~1.1區(qū)間內(nèi)。因為同一種離子會加快反應速率,因此,也會把鎂磷比控制在1.3:1因可內(nèi)。
2.3 結論
1)試驗溫度為20~30℃,pH控制在10,n(Mg2+):n(NH4+):n(PO43-)的比值為1.3:1:1時,氨氮和磷的脫除率>90%。
2)以脫除氨氮為主要目的,在實際水處理中增加Mg2+、PO43-含量,能加大去除的氨氮量。但如果反應中的磷酸根含量增加,則反應后的殘磷含量增加,從而帶來新的污染。因此,通常會采取增加鎂鹽含量的方式來加快反應,進而提高氨氮的去除率。若鎂含量不達標,則無法形成MgNH4PO4?6H2O的大量沉淀。
3、MAP法作為生物工程制藥廢水脫氮除磷預處理的可行性
制藥廢水中的氨氮主要來源于發(fā)酵廢水,是細胞培養(yǎng)過程中主要的代謝副產(chǎn)物。污水中的TP(總磷)主要來自下游純化目標蛋白時使用的以PO43-、HPO42-和H2PO4-形式存在的磷酸鹽緩沖溶液。添加鎂鹽可以使廢水產(chǎn)生難溶的MgNH4PO4?6H2O沉淀。該方法可用于生物工程制藥廢水的脫氮除磷預處理。
為了保證A2O工藝的脫氮率達到65%~85%,除磷效率達到75%~85%,PAC(混凝劑)等化學沉淀法的脫磷效率達到80%以上,為了保證排放的污水中氨氮濃度低于30mg/L,TP濃度應為4mg/L,以達到市政的要求,在A2O+化學沉淀法的處理過程中,氨氮濃度應低于120mg/L,TP濃度應低于100mg/L。根據(jù)工藝要求,發(fā)酵廢水中氨氮含量一般為500~1500mg/L,純化廢水中TP含量―般為500~1200mg/L。該方法除磷效率95%以上,經(jīng)預處理后的氨氮和總氮濃度分別低于75mg/L和60mg/L,選用A2O工藝和化學沉淀相結合的處理方式可使污水達標排放。
4、應用實例
選用“反應沉淀+UASB(上流式厭氧污泥床)+A2O+混凝沉淀+消毒”施工技術,對規(guī)模為80t/d生物工程制藥廠污水進行處理操作。分類收集企業(yè)廢水后,將細胞培養(yǎng)和凈化廢水收集到反應沉淀池,加入氯化鎂進行反應產(chǎn)生沉淀來預除氨氮和磷,然后將其泵入濃縮廢水收集池,2股廢水自流至綜合調(diào)節(jié)池。在預分解廢水中的有機物之前,要先利用提升泵把調(diào)節(jié)池中的廢水轉(zhuǎn)移到預水解池和UASB反應器之中,必須把COD除掉之后再轉(zhuǎn)移至厭氧之中才可水解,通過自流先后進入缺氧池和好氧池進行氮和COD、TP的脫除操作。在經(jīng)過泥水分離的上清液中加入PAC和PAM(污水用絮凝劑)完成磷的脫除。最后,添加次氯酸鈉完成消毒即可將其排人市政污水管網(wǎng)。經(jīng)設計試驗,污水站進出口水質(zhì)見表1。
由表1可知,采用“MAP沉淀+UASB+A2O+混凝沉淀+消毒”工藝處理的制藥廢水,其水質(zhì)符合市政污水處理廠接管標準,且MAP法對氨氮、TP去除率均在95%以上。結果表明,氨氮和TP被沉淀脫除,MAP法脫氮除磷預處理工藝的應用效果良好,可作為制藥廢水處理工藝推廣。
5、結語
生物工程制藥廢水中的發(fā)酵液和純化廢水具有COD、氨氮、總磷含量高及易生成的特點,實驗開始之前要預處理廢水中的氮磷含量。本文分析了生物工程制藥廢水脫氮除磷過程中的MAP技術,以期為相關人員提供參考。(來源:深圳雙瑞環(huán)保能源科技有限公司)