MAP 沉淀回收氮磷的經(jīng)濟(jì)分析

用MAP 沉淀法處理氨氮廢水，理論上每回收 1 kg 氨氮，需要1.71 kg 鎂、2.21 kg 磷以及一定量的 NaOH 溶液，同時(shí)可以生成7.59 kg 的MAP 沉淀。 MAP 可作緩釋肥，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)可以降低高濃度氨氮廢水的處理費(fèi)用。生產(chǎn)MAP 的成本變化很大，從140 美元（澳大利亞）到460 美元（日本）不等，相比而言，磷酸鹽礦石的成本是40～50 美元。MAP 的市場價(jià)值為9～1 885 美元。一位學(xué)者指出，生產(chǎn)規(guī)模的MAP 回收是經(jīng)濟(jì)的，市場售價(jià)超過添加鎂和進(jìn)行pH 值調(diào)整的化學(xué)藥品的成本。

Shu等對MAP 沉淀回收磷的經(jīng)濟(jì)評價(jià)結(jié)果表 明，通過MAP 結(jié)晶回收廢水中的磷，大約1 000 m3 污水中可以結(jié)晶生成1 kg 的MAP。磷的結(jié)晶回收 和磷的生物化學(xué)處理相比，每年從100 m3/d 規(guī)模的污水處理廠產(chǎn)生的MAP 足夠2.6 hm2 土地的肥料。如果世界范圍內(nèi)從污水處理廠回收MAP，每年可以回收630 kt 磷（P2O5），減少1.6%的磷礦石開采。 因此，MAP 沉淀工藝技術(shù)為從廢物流中回收磷，保持不可再生的磷的儲存提供了機(jī)會。

MAP法去除和回收氮磷的應(yīng)用現(xiàn)狀

為了應(yīng)用MAP 沉淀法去除和回收氮磷，研究 者開發(fā)了一些工藝技術(shù)，其中最常見的設(shè)計(jì)就是組 建一個(gè)流化床反應(yīng)器或者一個(gè)球式反應(yīng)器，但迄今這些裝置很少在生產(chǎn)上應(yīng)用。所有這些工藝技術(shù)中，都是通過改變pH 值或反應(yīng)離子濃度實(shí)現(xiàn)MAP 沉淀。

Uludag-Demirer 等研究利用MAP 沉淀去除牛奶廠廢料兩階段厭氧消化反應(yīng)器出水中的氨，氨氮去除效率在95%以上。Elisabeth 等通過中試研究發(fā)現(xiàn)，MAP 沉淀過程中可以去除94%的正磷酸 鹽，進(jìn)水濃度是61 mg/L，出水為4 mg/L。堿度和鎂源用的是60%的氫氧化鎂泥漿，反應(yīng)器在pH 值 為8.5 左右運(yùn)行，平均進(jìn)水流速42 L/h，每天大約 產(chǎn)生320 g 干MAP。MAP 產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了回用的所有 要求，作為一種緩釋化肥，其所有重金屬含量都低 于標(biāo)準(zhǔn)限值。MAP 產(chǎn)物的組成是12.4%的P、9.1% 的Mg、5.1%的N 和39%的結(jié)晶水，和理論的期望 值相對應(yīng)。Calli 等研究了MAP 沉淀法作為氣浮 方法的替代方法， n(Mg2+)∶n(NH4 +)∶n(PO4 3－)為 1∶1∶1 時(shí)，垃圾厭氧處理滲濾液中大約98%的氨 氮被沉淀為MAP，出水氨氮濃度在40 mg/L 以下， 同時(shí)大約20%的COD 被去除。Ozturk 等研究發(fā) 現(xiàn)，在厭氧處理滲濾液過程中，pH 值在8.5～9.0 氨氮去除率為85%。Battistoni 等用序批式流化床 反應(yīng)器和生產(chǎn)規(guī)模的反應(yīng)器從厭氧上清液中通過 MAP 結(jié)晶去除磷，結(jié)果表明最大的磷去除率為 80%。Suzuki 等設(shè)計(jì)了一個(gè)MAP 積累裝置回收純的MAP，裝置上MAP 積累面用不銹鋼的金屬網(wǎng) （直徑1 mm）做成，以減小總重。在反應(yīng)器曝氣 柱的淹沒期間，MAP 積累在裝置表面。MAP 可以 容易地用輕刷從表面刮去，可以回收95%純度的 MAP，裝置結(jié)構(gòu)簡單，適合推廣。

Chimenos等用低品位的MgO作為Mg源，用 MAP沉淀法去除廢水中的氨磷，因?yàn)椴煌�品位�?MgO價(jià)格不同，用低品位的MgO代替純的MgO減小 了廢水處理費(fèi)用。24 g/L的低品位MgO，反應(yīng)時(shí)間為5 h，pH值為8.5～9，可以去除所有的磷，但是氨氮不能完全去除，去除氨和磷的最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間為20 h。pH值監(jiān)測被用做控制參數(shù)，在最優(yōu)控制條件下， 在磷酸鹽低于35 mg/L，氨低于230 mg/L時(shí)，去除率 可以達(dá)到90%～99%。

Lee 等研究了用鹽鹵作為MAP 法鎂源的可 行性，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)速率很高，氮和磷的去除率在 10 min 后就不再改變。向純?nèi)芤褐刑砑欲}鹵，磷的去除率等于添加MgCl2 或海水的去除率。鹽鹵應(yīng)用 到生物處理的豬場廢水，獲得了高的磷的去除率， 但氨的去除受氮和磷的不平衡比率限制。有研究用MAP 沉淀法去除制革廢水的的氨氮，MAP 沉淀后 的濃度達(dá)到了市政污水的水平，出水水質(zhì)可以達(dá)到 市政管網(wǎng)接受水質(zhì)的要求。Tonni 等研究表明氨氮濃度在3 260～5 618 mg/L，用MAP 沉淀可以 去除98%的氨氮。Bo-Bertil 等通過中試進(jìn)行了 MAP 結(jié)晶從人尿中回收營養(yǎng)物的研究，結(jié)果表明從 尿中以MAP 形式回收大量營養(yǎng)物是可能的。通過 加入少量的MgO，產(chǎn)生了主要成分為MAP 的產(chǎn)物。 天然沸石，尤其是斜方沸石，還有天然鈣硅石和人尿接觸后表現(xiàn)了很好的氨氮吸附量，結(jié)合MAP 沉淀，能回收大部分的磷、鉀和65%～80%的氮。MAP 和天然礦物吸附劑混合有很好的土壤營養(yǎng)價(jià)值，能被用著土壤改良劑。氨、斜方沸石和磷灰石的混合物是眾所周知的緩釋肥。

MAP沉淀法回收氮磷存在問題及發(fā)展趨勢

目前含氮磷廢水的處理方法很多，但均有不同程度的缺點(diǎn)，尤其對于含高濃度氨和磷酸鹽的廢水，一般的生化方法處理效果不夠理想，而常規(guī)的鋁、鐵、鈣鹽除磷等化學(xué)沉淀方法將產(chǎn)生大量難以處理的污泥，而且這些方法無法回收廢水中的氮磷營養(yǎng)元素。20 世紀(jì)60 年代以來，人們開始研究應(yīng)用磷酸銨鎂（ magnesium ammonium phosphate，MAP）沉淀法去除和回收廢水中的氮 磷。MAP 英文俗名為struvite，中文稱鳥糞石，是 一種難溶于水的無色、白色（脫水后）、黃色、棕 色或淺灰色的晶體，含有氮、磷兩種營養(yǎng)元素， 是一種很好的緩釋化肥，國外已成功地將其推向 化肥市場。因此，研究MAP 沉淀法去除和回收氮 磷的基本原理、影響因素、應(yīng)用條件以及進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，對于含高濃度氮磷廢水的處理以及氮磷回收具有重要意義。

雖然MAP沉淀法回收氮磷的研究在近幾十年 來取得了一定的發(fā)展，但還存在許多急需解決的問題。一般廢水中氨和磷酸鹽比例不平衡問題，造成不能同時(shí)獲得高的氮磷去除率，需要深入研究確定廢水中Mg2+、NH4 +、PO4 3－離子的最佳比例；目前加入的沉淀藥劑成本太高，需要尋求一些替代藥劑， 比如用鹽鹵代替鎂鹽；目前還沒有開展廢水中其他物質(zhì)對MAP 沉淀回收氮磷的影響機(jī)理研究；應(yīng)用于 垃圾滲濾液的處理所造成的鹽度過高問題;另外MAP 結(jié)晶成套裝置的研究是該方法應(yīng)用的另一研究熱點(diǎn)。谷騰水網(wǎng)