Page 183 - 《精细化工》2022年第7期

第 7 期 黄高鑫，等: 吸附-磷酸铵镁结晶耦合法去除低浓度氨氮 ·1469·

标准图谱（PDF#86-2237）一致。在 2θ=42.9°、62.2° 的去除量（3.95 mg/g）。因此，被 AC-Mg 吸附在表
处衍射峰分别对应(200)、(220)晶面，与氧化镁标准 面的氨氮和磷浓度较低，无法达到发生磷酸铵镁结
图谱（PDF#77-2179）一致。因此，第 1 阶段后 AC-Mg 晶反应的高浓度条件， AC-Mg 对 质量浓度为
对氨氮的去除是以吸附作用为主。由图 6b 可知，第 40 mg/L 氨氮仅通过吸附作用去除。而氨氮质量浓
二阶段的回收产物 XRD 图谱在 2θ=14.9°、20.8°、 度为 80 和 120 mg/L 时，由图 4b 可知，AC-Mg 投
27.9°、32.8°、33.6°处衍射峰分别对应(101)、(111)、 加20 min 时对氨氮的去除量分别为 5.74 和10.32 mg/g，
(013)、(121)、(212)晶面，与磷酸铵镁的标准图谱 已经开始通过生成磷酸铵镁晶体的方式去除。由此
（PDF#77-2303）一致。因此，说明第 2 阶段开始， 可知，在 AC-Mg 表面形成磷酸铵镁晶体，要求氨氮
AC-Mg 表面吸附聚集的氨氮和磷达到反应形成磷 质量浓度≥60 mg/L。
酸铵镁的高浓度条件，氨氮开始以生成磷酸铵镁结 所以，AC-Mg 对低浓度氨氮的去除是首先将溶
晶的形式去除。 液中低浓度氨氮和磷通过吸附聚集在表面形成氨氮
第 2 阶段的回收产物与 AC-Mg 粒径分布如图 和磷的高浓度区域，氨氮具备优越的反应活性，使
7a 所示。回收产物的粒径明显大于 AC-Mg 的粒径。 氨氮发生磷酸铵镁结晶反应 [3-19] ，并且形成的结晶
回收产物的 SEM 图如图 7b 所示，其与图 3b 中 附着在 AC-Mg 表面。AC-Mg 对氨氮质量浓度 60、
AC-Mg 的 SEM 图相比，表面覆盖的细小颗粒物消 80 和 120 mg/L 的去除率均大于 50%，并且模拟污水
失，有明显的棱柱形晶体堆叠现象，说明反应生成 中的氨氮和磷质量浓度比为 1∶1〔n(N)∶n(P)=1∶
的磷酸铵镁晶体主要附着在 AC-Mg 表面上。形成磷 0.45〕，与王文华等 [10] 在 n(N)∶n(P)=1.0∶1.1 条件
酸铵镁结晶反应式如式（10）~（11）所示 [3-18] 。 下，对氨氮的最大去除率为 42.8%的研究成果相比，
AC  Mg  O+H O  2 AC  Mg OH   OH  （10） 采用 AC-Mg 通过吸附-磷酸铵镁结晶耦合法明显增

AC Mg OH    NH   4 PO  3 4 6H O  2 大氨氮去除效果，降低磷源消耗。并且生成的磷酸
AC MgNH PO 6H O+OH 4 4  2  （11） 铵镁结晶附着在 AC-Mg 表面更有利于沉淀回收。

2.3 动力学分析
2.3.1 反应动力学分析
在添加磷源条件下，AC-Mg 对氨氮的去除过程
的准一级和准二级动力学线性拟合结果如图 8 所
示，拟合参数见表 4。

图 7 回收产物与 AC-Mg 粒径对比（a）与回收产物的
SEM 图（b）
Fig. 7 Comparison of particle size between recovered products
and AC-Mg (a) and SEM image of recovered products (b)

通过以上实验结果及分析可知，添加磷源条件

下，AC-Mg 对质量浓度为 40 mg/L 的氨氮达到去除
图 8 准一级动力学拟合曲线（a）和准二级动力学拟合曲线（b）
平衡时，去除量只有 3.15 mg/g，低于 AC-Mg 对质 Fig. 8 Quasi-first-stage dynamics fitting curves (a) and
量浓度为 60 mg/L 的氨氮在第一阶段（0~30 min） quasi-secondary dynamics fitting curves (b)