鸟粪石沉淀法处理高氨氮稀土废水摘要：以贺州市某稀土冶炼厂萃取分离稀土元素时产生的高氨氮废水为研究对象，进行鸟粪石沉淀法脱氮试验研究，设计4因素3水平正交试验，确定影响因素大小，得到适宜反应条件组合，进行pH、n(Mg)：n(N)、n(P)：n(N)、反应时间等4因素优化试验，考察各因素对于氨氮去除率及剩余总磷质量浓度的影响。结果显示，对于氨氮去除率与剩余TP质量浓度，影响因素依次为pH、反应时间、n(Mg)：n(N)、n(P)：n(N)。在pH=9.3，n(Mg)：n(N)：n(P)=2.2：1：2，反应时间20min，氨氮质量浓度由4420mg/L降低至1440mg/L，氨氮去除率可达到67.40%，剩余TP质量浓度为0.9mg/L；较高的Ca2+质量浓度会影响MAP法对氨氮去除率，但有利于降低出水TP质量浓度；过长的反应时间会破坏已形成的MAP沉淀体系。关键词：鸟粪石；稀土废水；高氨氮；正交试验中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2013)07-0108-004离子型稀土元素萃取分离过程会产生大量的铵根和氯离子，致使稀土冶炼废水中含有大量氨氮，高氨氮废水常采用的工艺有反渗透[1]、电渗析[2]、吹脱法[3]、鸟粪石沉淀法[4]等。近些年，各国学者对鸟粪石法处理高氨氮废水处理进行深入研究，Ryu等[5]利用鸟粪石沉淀法对半导体废水进行研究，在pH为9.0～9.5范围内，氨氮去除率达到89%；Zhang等[6]在pH为9.5，n(Mg)：n(N)：n(P)=1.15：1：1，对垃圾渗滤液进行处理，氨氮去除率达到85%；Huang等[7]在pH=9.0，n(Mg)：n(N)：n(P)=1.2：1：1.2，采用鸟粪石法去除稀土废水中的氨氮，去除率达到99.4%。试验采用鸟粪石法处理高氨氮稀土废水，通过正交试验及pH、n(Mg)：n(N)、n(P)：n(N)、反应时间等4组单因素试验，得到最佳氨氮去除效果。1材料与方法1.1试验水样试验废水为贺州某稀土冶炼厂萃取分离稀土元素时产生的高氨氮废水，水质指标如表1所示。表1稀土试验废水水质Tab.1Maincompositionsoftheinvestigatedrare-earthwastewater1.2试验仪器Starter3C实验室pH计、UV-9100型紫外/可见光分光光度计、HJ-3型恒温加热磁力搅拌器、DIONEXICS-1000离子色谱仪、Perkin-ELmerAAnalyst700原子吸收光谱仪、HHS型电热恒温水浴锅、手提式压力蒸汽灭菌器、BS124S型电子天平、DHG-9055A型电热恒温鼓风干燥箱、DDSJ-308型电导率仪、WGZ-800型浊度仪。1.3试验方法取200mL稀土废水，置于1000mL大烧杯中；向盛有废水大烧杯中先投入称量好的Na2HPO4·12H2O固体，待其全部溶解后投入MgCl2·6H2O固体；将大烧杯放到磁力搅拌器上搅拌，在搅拌过程中不断加入浓度1mol/L的NaOH溶液，调整混合液pH，并在反应过程中实时检测pH的变化，及时补充浓度1mol/L的NaOH，反应结束后将大烧杯从磁力搅拌器上取下，静置30min，用0.45μm滤膜滤得上清液，测量反应后氨氮与TP质量浓度。1.4分析方法氨氮采用纳式试剂分光光度法（HJ535－2009），TP采用钼酸铵分光光度法（GB11893－89），COD采用高氯废水化学需氧量的测定碘化钾碱性高锰酸钾法（HJ/T132－2003），溶液中其它阴阳离子采用DIONEXICS-1000离子色谱仪及Perkin-ELmerAAnalyst700原子吸收光谱仪测量。2结果与讨论2.1不同投加量时氨氮的去除效果由图1可知，当n(Mg)：n(N)：n(P)=1：1：1～2：1：2时，氨氮的去除率上升，再加大投加量时，氨氮去除率有所下降，并保持一个较为稳定的去除率。氨氮去除率在理论投加量即n(Mg)：n(N)：n(P)=1：1：1时去除率较低，因为当向原水中投加Na2HPO4时，就有白色的沉淀生成，证明原水中有Ca2+与PO43-反应生成沉淀，消耗PO43-[8-9]，而氨氮只能通过Mg2+、NH4+、及PO43-发生反应生成鸟粪石沉淀去除。加大Na2HPO4的投加量，补充PO43-有助于提高氨氮去除率。剩余TP质量浓度在n(Mg)：n(N)：n(P)=1：1：1～2：1：2时基本稳定在1mg/L左右，当投药比例进一步加大时，剩余TP质量浓度有明显上升趋势。原水中TP质量浓度为3.11mg/L，可以达到稀土工业污染物排放标准（GB26451－2011）中现有企业水污染物间接排放浓度限值，因此，尽量控制反应条件，以免带来过量的磷污染。2.2正交试验选取pH、n(Mg)：n(N)、n(P)：n(N)、反应时间，4个因素，分别记作A、B、C、D，设计4因素3水平正交试验，表2...