鳥糞石在汙水處理脫氮除磷過程中的應用

北極星水處理網訊:概述：鳥糞石（MgNH₄PO₄·6H₂O，簡稱MAP）是礦石的一種，屬於優質緩釋肥，自然界中的儲量極少，主要產地為秘魯和下加利福尼亞沿岸各島嶼，以及非洲大量聚居鸕鶿、鵜鶘和塘鵝的地區。它是一種難溶於水的白色晶體，常溫下，在水中的溶度積僅為2.5×10^-13。

雖然鳥糞石在自然界中儲量有限，但是在汙水處理過程中，人們發現會生成鳥糞石晶體：當溶液中含有Mg²⁺，NH⁴⁺以及PO₄^3-，且離子濃度積大於溶度積常數時，會自發形成鳥糞石。隨後鳥糞石結晶技術逐漸被應用於汙水脫氮除磷技術領域，鳥糞石在汙水中的形成機理如下：

鳥糞石晶體構型如圖1所示：

圖1 電鏡下鳥糞石晶體構型

鳥糞石脫氮除磷工藝簡介

鳥糞石反應器是MAP法的核心裝置，根據結晶原理和水力特性設計而成，具有一般反應器的設計規格和運行參數，通過反應器結構的變化和操作條件的優化，實現氨氮和磷的去除。鳥糞石脫氮除磷反應器主要包括攪拌式反應器和流化床反應器兩種。

1 攪拌式反應器

攪拌式反應器主要依靠機械攪拌或者空氣攪拌（曝氣），加速鳥糞石的反應、結晶過程，主要包括機械攪拌式反應器和空氣攪拌式反應器。

2 流化床反應器

流化床反應器是通過流體是反應器內的固體顆粒成流化態，不僅能夠攪拌溶液，還能夠提供晶種，促進鳥糞石晶體形成，實現氨氮和磷的去除。

圖2 典型流化床反應器示意圖

如圖2所示，流化床從下到上直徑依次擴大，分為收集區、有效區、反應區和晶種漏鬥，氯化鎂和氫氧化鈉從底部與原水、回流液混合，出水進入澄清池沉澱。Fattah 等人在加拿大Richmond 的不列顛哥倫比亞魯魯島汙水處理廠運行該反應器處理汙泥消化濾液為期5個月，氨氮和磷的去除率分別為4%和90%，影響氨氮去除率的主要因素是N/P，結果表明超過85%的磷通過鳥糞石晶體形式得到回收。

3 鳥糞石工藝的主要影響因素

雖然，鳥糞石對於汙水中的氮磷具有高效除去效果，而收集的鳥糞石亦可作為肥料回用。然而，鳥糞石脫氮除磷並未成為主流汙水處理工藝，原因在於鳥糞石法的影響因素較多，具有一定的不確定性。影響因素包括：pH的影響、過飽和度的影響和反應時間的影響。

1、pH

pH是影響鳥糞石結晶成粒的最重要的因素之一，pH不僅影響鳥糞石在溶液中的溶解度，還可以通過影響溶液的過飽和狀態進而影響鳥糞石的生成。在一定的pH範圍內，鳥糞石在溶液中的溶解度隨著pH的升高呈先降低後升高的趨勢，實際應用應該尋求最佳pH。

2、過飽和度

溶液過飽和度指的是溶液的過飽和狀態，在一定程度上可以反映沉澱生成的推動力，當溶液過飽和度小於1時，表明溶液未飽和，無法生成沉澱，等於1時，處於平衡狀態，大於1時，溶液處於過飽和狀態，才有沉澱生成。

3、反應時間

反應時間雖然不能夠影響氮磷的去除率，但是對於鳥糞石晶體成型十分必要。鳥糞石晶體的生長十分緩慢，生長速率受到溶液的過飽和度、傳質效率等因素的影響。在反應器中，液體紊流程度高，傳質效率得到改善，晶體生長時間也會相應縮短。鳥糞石的生長速率還受到顆粒的比表面積影響，隨著顆粒體積增加，比表面積逐漸下降，意味著反應的有效面積減少，鳥糞石生長速率下降，氮磷的去除率也逐漸降低，因此，為了保持較高的氮磷去除率和鳥糞石增長率，應定期從反應器中取出較大的鳥糞石顆粒。

總結

鳥糞石是一種品質極好的肥料，在汙水處理過程中，通過加入鎂離子實現了氮磷的去除和有效利用，符合可持續發展的理念，而且鎂離子來源於海水和鹽滷水，成本低廉。然而，鳥糞石處理工藝受影響因素較多、工藝流程偏複雜，至今未能成為主流汙水處理技術。鳥糞石脫氮除磷工藝作為一種潛在的符合社會發展需要的汙水處理技術，有待後續更多研究。

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