磷酸镁铵处理高氨氮废水的技术经济核算

磷酸镁铵沉淀法去除氨氮的可行性论证核算结果

采用和不采用磷酸镁铵沉淀法去除氨氮后的4种废水水质 第1种污水水质 (231m3/h) 沉淀后第1种污水水质(231m3/h) 第2种污水水质 (231+160) m3/h 231.3 mg/l 126.3 mg/l 46.9 mg/l 153.8 mg/l 沉淀后第2种污水水质(231+160) m3/h 231.3 mg/l 126.3 mg/l 46.9 mg/l* ≤60 mg/l CODCr BOD5 SS NH4—N pH Ca2+ Mg2+ PO43- 硫化物 重碳酸根 碳酸根 360mg/l 267mg/l 80mg/l 285.7mg/l 6～9 250 mg/l 90 mg/l 0 mg/l 0.18 mg/l 300.0 mg/l 3.0 mg/l 360mg/l 267mg/l 80mg/l* ≤60 mg/l 6～9 250 mg/l ≤0.02 mg/l ≤10 mg/l 0.18 mg/l 300.0 mg/l 3.0 mg/l

6～9 213.3 mg/l 89.0 mg/l 0.7 mg/l 6～9 213.3 mg/l ≤0.03 mg/l ≤10 mg/l 采用磷酸镁铵沉淀法除氨氮时的药剂投加量与费用 MgCl2 Na2HPO4·12H2O 物质投第1种废水(231m3/h) 1151.6 5684.5 加量第2种废水(231+160) 539.5 3359.7 3(mg/L) m/h 药剂价格（元/t） 650 2000 处理每吨废水的第1种废水(231m3/h) 药剂费用(元/m3) 14.18 第2种废水(231+160) m3/h 8.49 NaOH HCl 635.8 450 442.6 270 3000 1.9074 1.3278 350 0.1575 0.0945 0.74854 11.369 0.350675 6.7194 采用和不采用磷酸镁铵沉淀法去除氨氮后的4种废水SBR处理的需氧量

标准需氧量(kg/h) 空气用量(m3/min)

第1种污水水质 沉淀后第1种污水(231m3/h) 水质(231m3/h) 271 167 127.8 51.1 第2种污水水质 沉淀后第2种污水水(231+160) m3/h 质(231+160) m3/h 359.3 221.4 117.1 46.7 不采用磷酸镁铵沉淀法去除氨氮时4种废水SBR处理的碱度和甲醇投加核算结

果如下表（注：甲醇是该企业的废产品，投加可能不需要花钱） 第1种污水水质 (231m/h) 3第2种污水水质 (231+160) m/h 3投加碱度（以NaOH计）(mg/L) NaOH价格（元/吨） 处理每吨废水的碱投加费用(元/m) 需投加甲醇量（mg/L） 甲醇价格（元/吨） 处理每吨废水的甲醇费用(元/m) 33932．365 500 3000 2.8 774.3333 1.5 428.4667 4250 3.29 1.82

操作参数：

搅拌时间：≤1h

搅拌速度：200 r /min pH：9.0～9.5

药剂投加量：见上表。

比较表 230吨废水采用SBR处理 230+160吨采用磷酸铵镁沉淀+SBR处理 231.3 mg/l 126.3 mg/l 46.9 mg/l 153.8 mg/l 8.49×390×24=8万元 60 mg/l 12h 4680m3 进水CODCr 进水BOD5 进水SS 进水NH4—N 投加甲醇数量 投加NaOH数量 投加全部药剂金额（） 进入SBR池的NH4-N SBR停留时间 SBR容积 360mg/l 267mg/l 80mg/l 285.7mg/l 7.86万元 285.7mg/l 磷酸镁铵沉淀法去除氨氮的可行性论证核算过程

1．MgNH4PO4·6H2O沉淀法去除氨氮的效率

表1 参考文献中关于MgNH4PO4·6H2O沉淀法去除氨氮的效果

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16* 17 18 19 ≈8 8.5 pH 9.0 8.5 9.3 8.5 9.6 9.1 9.0 9.0 6.7 8.6 9.0 9.0 7.5 9.0 9.2 9.5 投加药剂 MgCl2/Na2HPO4 MgCl2/Na2HPO4 MgCl2/Na2HPO4 MgCl2/Na2HPO4 MgCl2/Na2HPO4 MgCl2/Na2HPO4 MgCl2/Na2HPO4 MgCl2/Na2HPO4 MgCl2/Na2HPO4 MgCl2/Na2HPO4 MgO/H3PO4 MgCl2/KH2PO4 MgCl2/Na2HPO4 MgO/H3PO4 MgSO4·7H2ONH4Cl MgCl2/ Na2HPO4·12H2O MgCl·4H2O 1.2: 1: 1 生活污水 1 - - 71.15 和反应条件 药剂比例(Mg:N:P) 1.7:1:2.0 1:1:1 1:1:1 1:1:1 1:1:1 1:1:1 1.1:1:1 1.2:1:1 1:1:1 1:1:1 1:1:1 铵盐溶液 铵盐溶液 铵盐溶液 铵盐溶液 铵盐溶液 制革废水 制革废水 制革废水 垃圾渗滤液 垃圾渗滤液 垃圾渗滤液 垃圾渗滤液 养猪废水 垃圾渗滤液 胭脂红生产废水 1.4:1.0:1.11 1.2:1: 0.9 磷酸盐工业废水 垃圾渗滤液 1/2 788-2000 253 >80 1/3 96.35 64.10 96.3 - - - - - - - - - - - 1.0 - 20 废水种类 反应时间（h） 2.0 初始浓度 （mg/L） 1297 200 200 1800 1800 200 200 200 5618 5618 5618 5618 2500 2750 2320 去除效果 出水浓度 （mg/L） 16 24.8 23.8 195 96 47 25 40 210 65 1952 1398 - 220 230 去除率(%) 98.5 87.6 88.1 89.2 94.7 76.5 87.5 80.0 96.2 98.8 65.2 72.1 >91 92 90 MgSO4/Ca(H2PO4)2 1:1:1 0.9:1:0.9 1:1:1 1:1:1 *该研究的主要目的是除磷。

总结文献，关于MgNH4PO4·6H2O沉淀法去除氨氮的效率： （1）所有参考文献的氨氮平均去除率（%）=87.16

（2）低负荷（氨氮初始浓度为200mg/L）运行时的氨氮去除率平均值（%）=83.94 综合考虑，从实际工程实施的角度出发，认为该法的氨氮去除率以80%左右为宜。

2．贵州某化工有限公司合成氨废水水质核算

本计算主要核算两种废水的水质：

（1）第1种是《贵州某化工有限公司年产50万吨合成氨工程污水处理场、回用水处理装置技术规格书》（下称“规格书”）中定义的污水，即水量231m3/h的废水水质； （2）第2种是将160m3/h的脱盐水站装置浓排水与231m3/h的废水混合后的废水水质。分别核算如表2。

表2 废水水质核算表

第1种污水水质 相应离子的摩尔浓度（mmol/L） 15.87 6.25 3.75 0 脱盐水站装置浓排水水质 60 mg/l 20 mg/l 30 mg/l 0.48 mg/l 7.5 160.4 mg/l 87.6 mg/l 1.64 mg/l 0 mg/l 756 mg/l 3 mg/l 第2种污水水质 231.3 mg/l 126.3 mg/l 46.9 mg/l 153.8 mg/l 相应离子的摩尔浓度（mmol/L） 9.39 5.33 3.71 0.01 CODCr BOD5 SS NH4—N pH Ca2+ Mg2+ PO43- 硫化物 重碳酸根 碳酸根 360mg/l 267mg/l 80mg/l 285.7mg/l 6～9 250 mg/l 90 mg/l 0 mg/l 0.18 mg/l 300.0 mg/l 3.0 mg/l 6～9 213.3 mg/l 89.0 mg/l 0.7 mg/l *对表2的说明: （1）第1种污水水质指标中的CODCr、BOD5、SS、NH4—N、CN、pH参照刘

婕的计算结果；Ca2+、Mg2+、重碳酸根、碳酸根参照《规格书》中所提供的污水处

理场装置达标污水水质表的数值；PO43-以0计算。

（2）脱盐水站装置浓排水水质指标中的CODCr、SS、pH、Ca2+、Mg2+、PO43-参

照《规格书》中所提供的数值；BOD5取较大值，20mg/L；NH4—N以《规格书》中的铵含量0.48mg/L计算。

（3）由于采用磷酸镁铵沉没法去除氨氮时，需要调pH值到9.0～9.5，所以废水水质指标中的硫化物、重碳酸根、碳酸根、磷酸根均可能影响投碱量。

进行磷酸镁铵沉没法去除氨氮时，对两种废水的核算如表3所示。 核（计）算过程说明：

（1）该法的氨氮去除率以80%左右为宜；

（2）以投加MgCl2/Na2HPO4作为沉淀剂，两种物质分别以无水MgCl2和Na2HPO4·12H2O计投加量；

（3）25℃时 MgNH4 PO4·6H2O的溶度积常数ksp = 2.5×10-13

（4）调pH值采用NaOH，从pH7.5调到9.5，调pH是在投加MgCl2/Na2HPO4后开始进行。由于弱酸调pH值的计算过程复杂且不具有实际工程指导意义，所以碱投加量是以模拟实验测定，即根据表2的数值配水，Mg：N：P的摩尔比为1：1：1，其它成分浓度尽可能地接近于表2所示的数据，然后调pH值，实测加碱量NaOH。 （5）核算过程均以较以保守的数值进行。

表3磷酸镁铵沉没法去除氨氮时的两种废水核算

物质投加量(mg/L) 物质残留量 （mg/L） 2+

MgCl2 第1种废水 第2种废水 第1种废水 第2种废水 1151.6 539.5 NH4—N ≤60 ≤40 Na2HPO4·12H2O 5684.5 3359.7 PO43- ≤10 ≤10 NaOH 635.8 442.6 Mg2+* ≤0.02 ≤0.03 *表中Mg残留量是根据溶度积计算得出，即25℃时 MgNH4 PO4·6H2O的溶度积常数ksp = 2.5×10-13=三种离子的摩尔浓度积[NH4—N]×[PO43-]×[Mg2+]，计算结果肯定小于实际废水中的Mg含量。

则采用和不采用磷酸镁铵沉淀法去除氨氮后的4种废水水质如表4所示：

表4采用和不采用磷酸镁铵沉淀法去除氨氮后的4种废水水质

CODCr BOD5 SS NH4—N pH Ca2+ Mg2+ PO43- 硫化物 重碳酸根 碳酸根

碱度平衡核算：

第1种污水水质 360mg/l 267mg/l 80mg/l 285.7mg/l 250 mg/l 90 mg/l 0 mg/l 0.18 mg/l 300.0 mg/l 3.0 mg/l 沉淀后第1种污水水质 360mg/l 267mg/l 80mg/l* ≤60 mg/l 6～9 250 mg/l ≤0.02 mg/l ≤10 mg/l 0.18 mg/l 300.0 mg/l 3.0 mg/l 第2种污水水质 231.3 mg/l 126.3 mg/l 46.9 mg/l 153.8 mg/l 6～9 213.3 mg/l 89.0 mg/l 0.7 mg/l 沉淀后第2种污水水质 231.3 mg/l 126.3 mg/l 46.9 mg/l* ≤60 mg/l 6～9 213.3 mg/l ≤0.03 mg/l ≤10 mg/l *表中SS及重碳酸根和碳酸根离子浓度可能会有变化。

（1）每氧化 1mgNH3-N 需消耗 7.14mg/L 碱度（CaCO3与NaOH碱度的换算粗计为5：6），即每氧化 1mgNH3-N 需消耗6～7mg/L 碱度； （2）每氧化 1mg/LBOD5 产生 0.1mg/L 碱度； （3）每还原 1mgNO3—N 产生 3.75mg/L 碱度。

剩余碱度 SALK1=原水碱度－硝化消耗碱度+氧化 BOD5产生碱度+反硝化产生碱度 则：

（1）第1种水的剩余碱度=635.8-40.3×7.14+247×0.1+35.3×3.75=486mg/L

则沉淀反应后按HCl还原NaOH的摩尔比1：1计，需要投加HCl调到原水pH值的投加量约为：450 mg/L。

（2）第2种水的剩余碱度=442.6-40.3×7.14+106.3×0.1+35.3×3.75=290mg/L

则沉淀反应后按HCl还原NaOH的摩尔比1：1计，需要投加HCl调到原水pH值的投加量约为：270 mg/L。

所以采用和不采用磷酸镁铵沉淀法去除氨氮过程中4种废水SBR处理的碱度核算如下表所示

表5 采用和不采用磷酸镁铵沉淀法去除氨氮过程中4种废水SBR处理的碱度核算 第1种污水水质 沉淀后第1种污水(231m/h) 剩余碱度(以 NaOH计（)mg/L） 投加碱度（以932．365 NaOH计）(mg/L) NaOH价格（元/吨） 处理每吨废水投碱费用(元/m3) 2.8 3第2种污水水质 沉淀后第2种污水水(231+160) m3/h 500 3000 1.5 质(231+160) m3/h 290 水质(231m/h) 480 3

反硝化加碳（以甲醇CH3OH计）量核算结果如下表所示： 每去除1g亚硝态氮，消耗1.71gBOD。 每去除1g硝态氮，消耗2.85gBOD

美国环保局建议设计时甲醇与NO3-N比值可取3.0。

本核算以甲醇与NO3-N比值可取3.0，即BOD：NO3-N=4.5，即，取BOD：TN=5 则不采用磷酸镁铵沉淀法处理该2种废水的加碳量核算结果： 需投加甲醇量（mg/L） 甲醇价格（元/吨） 第1种污水水质 3(231m/h) 774.3333 4250 1.82 第2种污水水质 3(231+160) m/h 428.4667 处理每吨废水的甲醇费用(元/m3) 3.29

操作参数：

搅拌时间：≤1h 搅拌速度：200 r /min pH：9.0～9.5

药剂投加量：见表4。

3．废水处理工艺的费用核算

3.1运行费用核算：

对两种废水在采用磷酸镁铵沉淀法和不采用磷酸镁铵沉淀法时的运行费用进行分别比较。本部分主要核算空气用量和药剂投加费用。

需氧量：SBR设计需氧量 AOR=去除 BOD5 需氧量和污泥需氧量AOR1+ NH3-N硝化耗氧量－反硝化产氧量

(1)则核算采用磷酸镁铵沉淀法除氨氮后两种废水处理时所需要的氧量如下： 第1种废水的标准需氧量：SOR=127.8kg/h，空气用量=3063m3/h=51.1 m3/min 第2种废水的标准需氧量：SOR=117.1kg/h，空气用量=2804.5m3/h=46.7 m3/min (2)在不采用磷酸盐沉淀法的情况下对两种废水进行处理的需氧量核算： 第1种废水的标准需氧量：SOR= 271kg/h，空气用量=10020m/h=167m3/min 第2种废水的标准需氧量：SOR=359.3kg/h，空气用量=13286.9m3/h=221.4m3/min

表5 在采用磷酸镁铵沉淀法除氨氮时的药剂投加量与费用 3

MgCl2 物质投第1种废水(231m3/h) 1151.6 加量第2种废水(231+160) 539.5 (mg/L) m3/h 药剂价格（元/t） 650 第1种废水(231m3/h) Na2HPO4·12H2O 5684.5 3359.7 2000 NaOH HCl 635.8 450 442.6 270 3000 1.9074 1.3278 350 0.1575 0.0945 处理每吨废水的

0.74854 11.369 药剂费用(元/m3) 第2种废水(231+160) m3/h 0.350675 6.7194 3.2投资费用比较：

采用磷酸镁铵沉淀法除氨氮后两种废水处理时投资费用： 第1种废水的吨水处理投资费用：

第2种废水的吨水处理投资费用：

不采用磷酸镁铵沉淀法除氨氮后两种废水处理时投资费用： 第1种废水的吨水处理投资费用： 第2种废水的吨水处理投资费用：

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