（市政工程专业论文）厌氧生物工艺同步脱氮除硫的试验研究.pdf

e x p e r i m e n t a ls t u d yo ns i m u l t a n e o u sr e m o v a lo f a m m o n i u ma n ds u l f a t ew i t ha n a e r o b i c b i o l o g i c a lt r e a t m e n tt e c h n o l o g y m 旬o r ：m u n i c i p a le n g i n e e r i n g d i r e c t i o no fs t u d y ：t h e o 秽a n d1 b c h n o l o g yo f 名l s t e w a t e r t r e a t m e n t g r a d u a t es t u d e n t ：z h o uj i a i 吐l u a s u p e r v i s o r ：p r o f k a n g h u a il i u a s s o c i a t ep r o w e n y uz h a o d e p a r t m e n to f r e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g g u i l i i lu n i v e r s i t yo f t e c l l i l o l o g y o c t o b e r ，2 0 0 8t oa p r i l ，2 0 1o 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位论文作者( 签字) ：因垫垒 签字日期：丝f 旦龟j 翌2 1 盈 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解( 学校) 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允许论文被查阅和借阅。 本人授权( 学校) 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技 术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社 会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 本论文是否保密： 是 影 如需保密，保密期限为： 学位论文作者签名：f 司缮骞 签字日期：剜9 年主月朔日 导师签字： 签字日期勿 日 近年来，随着工农业 增加，这其中就包含了同 水生物处理工艺中会对微 的难度，通常需要单独的 本文分别在自养和异 浴厌氧接触反应器中接种 行自养厌氧生物同步脱氮 污泥进行批式试验研究：在恒温水浴完全混合式厌氧反应器中接种普通厌氧污泥，投加人 工配制的含硫含氮有机废水，进行异养厌氧生物同步脱氮除硫的连续试验研究，利用驯化 出的具有同步脱氮除硫功能的污泥进行批式试验研究。 自养厌氧生物同步脱氮除硫的连续试验研究中，分别进行了含n 0 2 一n 和不含n q n 废 水处理的试验。含n o z - n 的试验表明：厌氧氨氧化菌对硫酸根的存在具有一定的承受能力， 但当硫酸根的浓度增加到一定程度时，厌氧氨氧化反应就会受到抑制，氨氮的去除率人幅 度下降，而硫酸根几乎没有被去除。由此推断，在n 0 2 一n 存在的情况下，同步脱氮除硫很 难实现。无n 也一n 的试验表明：进水氨氮和硫酸根浓度分别控制在1 4 0 m l 和4 8 0 m g l ， 经过一段时间的培养，发生了氨氮和硫酸根的同步去除，此时氨氮和硫酸根的平均去除率 分别为2 0 2 和1 7 1 。可见，通过培养、驯化成熟的厌氧氨氧化菌种米达到同时去除废 水中氨氮和硫酸盐的目的在理论上是可行的，但是用于实践还需要一定的探索过程。 异养厌氧生物工艺启动同步脱氮除硫的试验研究中，进水氨氮和硫酸根浓度分别为 2 0 0 m g l 和6 8 6 m g 几，c o d 为1 0 0 0 m g 几。经过近1 0 0 天的培养驯化后，反应器内出现了氨 氮和硫酸根同时被去除的现象，氨氮平均去除率为1 4 2 ，硫酸根为6 1 7 。说明在反应 器内除了预想的同步脱氮除硫反应外，还存在着硫酸盐还原反应。而从氨氮的去除效果可 以看出，预期反应在反应器中发生的强度较小。批式试验结果表明：改变进水的c o d 、氨 氮和硫酸根浓度以及h r t ，也都出现了氨氮和硫酸根同步去除的现象，但其并不是反应器 内的主导反应。 在今后的研究中，建议进一步扩大各参数选择的范围，并考察其他环境因素、水力条 件等对同步脱氮除硫的影响；进一步揭示同步脱氮除硫的生物反应机理，培养并筛选出高 效的同步脱氨氮除硫酸盐的专属功能菌，并确定其生长的最佳条件。 关键词：同步脱氮除硫：自养；异养；厌氧生物上艺 s u l f a t er e m o v a l ；1 1 1 0 c u l a t e do r d i n a r y 锄a d b i cs l u d g ei nm 朗【i l o s t a tw a t e rb a m c o n t i n u o u ss t i l l r e dt a r l l ( r e a c t o r ，n l e na d d e dm 锄- n l a d eo r g a l l i cw a s t e w a t c rw h i c h c o n t a i l ln i n ? o 誉ma n ds u l f ht op e r f 0 姗n l ec o n t i n u o u se x p e d m e n t a ls t u d yo n 觚a a r o b i ch e t e r o 仃o p l l si ns i m u l t a i l e o u s 彻n o v a lo fa i r l i i l o i l i u m 锄d 跚l f a t e a r e r m a t b a t c ht e s t sw e r ec 删e do u tw i t l lt h em a l 吣r eb a c t e r i a i ) u r i n g t h ec o n t i n u o u s e x p e r i m e n t a ls t u d y o n觚a e r o b i c a u t o 仃o p h s i n s i m u l t a n e o u s 佩n o v a lo f 锄m o m u m 锄ds u l f a t e ，w 嬲t e w 酏e r 电陀a _ 缸l e n te x p 丽m 饥t s c 0 n t a i n e dn 0 2 一n 锄dn on 0 2 - nw e r ec a n i e do u t ，r e s p 鳅i v e l y 1 1 1 er e s u l t so ft l l e e x p 鲥m e n tc 0 n t a i n e dn 0 2 - ns h o w e d 硒f o l l o w s ：a n 觚l i i l o xm i 啪o r g a m s mc o u l d s u 行醯s u l f a t ew i t h i nac e r t a i nm g e ，h o w e v e r w h e n l ec o i l c 咖r a t i o no fs u l f a t e i n 删e dt oac 瞰a i ne x t e n t ，a n a m m o xw o u l db ei l l ：b i b i t e d t l ea m m o n i a nr e n l o v a l t o b o g g a n e d ，t h es u l f a t ea l m o s tn o ta b l et ob e 崩n o v e d b y “sr e c k o n i n g ，i tw 嬲 d i 丘i c u l tt oa c h i e v et h es i m u l t a j l e o u sr e m o v a lo fa m m o n i l l ma i l ds u l f - a t e i i l 廿l e p r e s c i l c eo fn 0 2 一n u n d e rt h ec o n d i t i o no fn on 0 2 - n ，t h ei n f l u 锄tc o n c 朗仃a t i o i l so f 觚m o l l i 啪a i l ds u l f a t ew e r ec o n t r o l l e dt ob el4 0 锄d 4 8 0 m g l - 1r e s p e c t i v e l y a r e ra p 甜o do fc u l t i v a t i o i l t h es i m u l t 2 u l e o u sr e m o v a lo fa m m o i l i u m 锄ds u l f a t ew 弱 a c q u i r e d t h e nt h ea v e r a g e 咖l o v a lo fa m m o i l i u ma n ds u l f a t ew 嬲u pt 02 0 2 a n d n 1 7 1 ， r e s p e c t i v d y a sy s e e ，也r o u g h d o m e s t i c a t i o nm a t u r ea n a m m o x i i l i c r o o r 霉鬟l i l i s m t oa 出e 、，et h es i m u l t a n c o u s 懈n o v a lo f 砒n i n o l l i 切【i la i l ds u l f a t ei l l w a s t ew a t e ri sf c a s i b l ei i lm 。0 f y b u ti ts t i l ln e e dm o 他c x p l o r 撕o nt ob el l s e df o r p 1 枷d n g ：i ) l l r i n gm ec 0 而n u o 啪e x p e r i i i l 锄t a ls t l l d y o n 锄a 盱0 b i ch e t e r 0 昀p l l si n s i m u i t 锄1 e o u sr 钮n o v a lo f 锄m o i l i u ma n ds u l f - a t e ，m ei n n u a l tc o n c e i l 仃撕。璐o f 锄m o i l i 啪锄ds u l f - a t ew e r c2 0 0 觚d6 8 6 m g r 托s p e c t i v d y a r e fs t a r t - u p 锄d a c c l i m 撕z a t i o no f l i sp r o c 鼯sf o rn e a r l ylo od a ) ，s ，t 1 1 ep h e n o m 0 no f 廿l e s i m u l t 锄e o u sr e m o v a lo f 粕1 m 伽【i u m 锄d 跚l f a t ew 勰a p p e a r e di l lt l l er 髓c t o r t h e a v 铱堪，er 锄o v a lo fa m m o i l i 啪w 勰1 4 2 ，跚l f ；l t ew 鹬6 1 7 t h ec o n c l l l s i o n s h o w e dt l l a t ，e x c e p ta n t i c i p a t e dr e a 砸o n ，t l l e r ew 嬲s t i l l 懿i s t 跚l f a t e - 耐u c i i l g 嘲c t i a n dw ec 姐s e e 丘0 mm er e m o v a lo fa m m o i l i 瑚m ，m es 心e i l g h to f 锄t i c i p a t e dr e a c t i o n w 鹪w 疆yw e a ki i lt l l er c a c t o r t h eb a t c hc x p 甜m e n tr 汛l t ss h o w e dm a t ：t h e s i m u l t 觚e o u sr e 埴n o v 面o fa m m o l l i 啪锄ds u l f a t ew a sa c q l l i r e dt 1 1 0 u g hh r ta n dt l l e i n n u 髓tc o n c e n t r a t i o 嬲o fc o d ，锄瑚o l l i u m 锄ds u l f a t ew e r cc h 锄g e d b u ti tw 舔 n o t l cd o m i n a n tr e a c t i o ni i l 廿l er e a c t o r 1 i l 如t i l r es t u d i 懿，is u g g e s tt _ h a te x p 觚dm es c o p eo fp a r 锄e t l = i cs e l e c t i o n ，s u r v c y e d o t h c re n v i r 0 姗e n t a lf a c t o r s 锄dh y d r a u l i c st 0s t u d ym ee f f b c to fs i i i l u l t a n e o u s r e m o v a lo fa m m o n i u m觚ds u l f a t e ：a l s or c i v e a l sm em e c h a r i i s mo fb i o r e a c t o r o m t i v a t ca r l ds c r e e i l i n gt h ee 伍c i e n td o d i c a t e df 1 1 i l c t i o n mb a c t e r i 如姐dd e t e m l i n ei t s b e s tc 0 1 1 d i t i o 璐o f 舀d w 吐1 k e y w o r d s ： s i m u l t a i l e o u s 瑚l o v 司o f 砸m i l 0 i l i u m锄d s u l f h ；a u t o 仃o p h y ； h e t e r 0 仃o p h y ；a i l a e r o b i cb i 0 1 0 西c a l 协：舳髓tt e c h n o l o g y i i i 摘要 目录 a b s t r a c t 第l 章绪论 i i l 1 1 废水中氨氮和硫酸盐的来源及危害1 1 1 1 氨氮的来源及危害l 1 1 2 硫酸盐的来源及危害2 1 2 含氨氮废水的处理技术及研究现状3 1 2 1 物理化学法3 1 2 1 1 空气吹脱法。3 1 2 1 2 化学沉淀法4 1 2 1 3 折点氯化法4 1 2 1 4 离子交换法5 1 2 1 5 超重力法5 1 2 1 6 乳化液膜分离法6 1 2 2 生物法6 1 2 2 1 硝化反硝化7 1 2 2 2 同步硝化反硝化7 1 2 2 3 短程硝化反硝化8 l 。2 2 4 厌氧氨氧化8 1 2 2 5 好氧反氨化9 1 2 2 6 人工湿地1 0 1 3 含硫酸盐废水的处理技术及研究现状l0 1 3 1 物理化学法1 0 1 3 1 1 化学沉淀法lo 1 3 1 2 冷冻法一1o 1 3 1 3 阴离子交换法l l 1 3 1 4 电渗析工艺11 1 3 1 5 电絮凝浮选工艺l l 1 3 1 6 国内外新技术一1 1 1 3 2 生物法12 1 3 2 1 单相厌氧法l2 1 3 2 2s r b 与硫化物光合氧化联用工艺1 3 1 3 2 3s i m 与硫化物化学氧化联用工艺1 3 1 3 2 4 生物膜法工艺13 1 3 2 5 两相厌氧法1 4 1 3 2 6 两相厌氧与硫化物生物氧化联用工艺1 4 1 4 同步脱氮除硫技术的研究现状l5 1 4 1 同步脱氮除硫的菌种1 5 1 4 1 1 脱氮硫杆菌( t h i o b a c i l l u sd e n i t r i f i c a n s ) 15 i v 1 4 1 2 其他脱氮除硫菌种1 6 1 4 2 活性污泥法进行废水同步脱氮除硫的研究1 7 1 4 3 厌氧氨氧化途径的同步脱氮除硫1 8 第2 章试验研究的目的、意义及内容 2 1 选题来源19 2 2 课题研究的目的及意义1 9 2 3 研究的主要内容l9 2 4 研究方案。1 9 2 4 1 试验方案19 2 4 2 技术路线2 0 2 5 测定项目及方法2 0 2 5 1 氨氮浓度的测定2 l 2 5 1 1 原理2 l 2 5 1 2 仪器2l 2 5 1 3 试剂2 l 2 5 1 4 测定步骤2 2 2 5 2s 0 4 2 、n 0 2 。、n 0 3 浓度的测定2 2 2 5 2 1 原理2 2 2 5 2 2 仪器2 2 2 5 2 3 试剂2 3 2 5 2 4 测定步骤2 3 第3 章自养厌氧生物工艺同步脱氮除硫试验研究2 4 3 1 连续试验研究2 4 3 1 1 试验材料2 4 3 1 1 1 试验用水2 4 3 1 1 2 接种污泥2 5 3 1 1 3 试验装置2 5 3 1 2 含n 0 2 n 的试验研究。2 5 3 1 2 1 氨氮的去除效果2 5 3 1 2 2 亚硝酸氮的去除效果2 6 3 1 2 3 硝酸氮的产生2 7 3 1 2 4 硫酸根的浓度变化2 8 3 1 2 5p h 值的变化2 9 3 1 3 无n 0 2 一n 的试验研究3 0 3 1 3 1 氨氮的去除效果3 0 3 1 3 2 硫酸根的去除效果3 l 3 1 3 3p h 值的变化。3l 3 1 4 本节小结3 2 3 2 批式试验研究3 2 3 2 1 试验材料3 2 3 2 1 1 试验用水3 2 3 2 1 2 接种污泥3 3 3 2 1 3 试验装置3 3 v 3 2 3 结果与讨论3 3 3 2 3 1 氨氮的去除效果3 3 3 2 3 2 硫酸根的去除效果：3 4 3 2 3 3p h 值的变化3 5 3 2 4 本节小结3 5 3 3 本章小结3 6 第4 章异养厌氧生物工艺同步脱氮除硫试验研究3 7 4 1 连续试验研究3 7 4 1 1 试验材料3 7 4 1 1 1 试验用水3 7 4 1 1 2 接种污泥3 7 4 1 2 试验装置3 7 4 1 3 试验内容。3 8 4 1 4 运行参数的确定3 8 4 1 4 1 温度3 8 4 1 4 2 p h 值3 9 4 1 5 结果与讨论3 9 4 1 5 1c o d 的去除效果3 9 4 1 5 2 氨氮的去除效果一4 0 4 1 5 3 硫酸根的去除效果4 l 4 1 5 4p h 值的变化4 2 4 1 6 本节小结4 2 4 2 批式试验研究4 3 4 2 1 试验材料4 3 4 2 1 1 试验用水4 3 4 2 1 2 接种污泥4 3 4 2 1 3 试验装置4 3 4 2 2 试验内容一4 3 4 2 3 结果与讨论。4 4 4 2 3 1 硫氮比试验4 4 4 2 3 2 不同浓度c o d 试验4 7 4 2 3 3 不同h r t 试验一5 0 4 2 4 本节小结5 2 4 3 本章小结5 3 第5 章结论与建议。 5 1 结论一5 4 5 2 建议5 5 致谢5 6 参考文献。5 7 个人简介6 3 v l 桂林理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 废水中氨氮和硫酸盐的来源及危害 1 1 1 氨氮的来源及危害 氨氮是指水中分子态氨( n h 3 ) 与氨离子( n 心+ ) 的总和，以n 计。自然界中氨 氮的来源主要有三个方面，植物的固氮作用、有机氮的氨化作用以及亚硝酸根 的还原作用。城市生活污水、工业废水和农业灌溉污水等是水体中氨氮的主要 来源，如：无机化工、垃圾填埋场、炼油、玻璃制造、禽畜养殖、肉类加工、 化肥、铁合金、味精厂等。废水中的含氮化合物主要有：有机氮、氨氮、亚硝 态氮、硝态氮等四种。其中有机氮有尿素、氨基酸、脂肪胺、蛋白质、核酸、 有机碱、氨基糖等含氮有机物。有机氮很不稳定，在好氧和厌氧的条件下均可 转化成氨氮心1 。 氨氮污染的危害主要表现在以下几个方面乜】： 1 造成水体富营养化 水体中的氨氮，特别是封闭水体中的氨氮是造成水体富营养化的主要因素 之一。水体富营养化后会引起各种水生生物、植物异常繁殖和生长，从而使水 体溶解氧量下降，水质恶化，造成鱼类及其他生物的大量死亡，致使湖泊退化， 淤泥化，变浅、变成沼泽地甚至消亡。据统计，我国平均每年有2 0 个天然湖 泊消亡。而水体一旦富营养化后，几十年内都很难恢复，有的甚至是无法恢复 的。另外，有些藻类所含的蛋白质毒素会积累在水产品体内，并通过食物链影 响人体的健康，甚至使人中毒。 2 降低水体的观赏价值 将1 m g 氨氮氧化成硝态氮通常需消耗4 6 m g 溶解氧。因此，水体中氨氮越 多，消耗的溶解氧也就越多，水体的黑臭现象也就越发严重，从而导致水体中 鱼类等水产物因缺氧而死亡。富营养化的水体不仅又黑又臭，而且透明度也很 差，仅为o 2 m ，从而影响了江河湖泊的观赏和旅游价值。 近年来，人民的生活水平日益提高，旅游己成为越来越广泛的需要。而水 质优良的江河、湖泊、公园是城市景观的重要组成部分，也是人们休闲娱乐的 最佳场所。如杭州的西湖、无锡的太湖、昆明的滇池、南京的玄武湖、长春的 南湖等。但如今，有些湖泊通体发黑、发臭，人们己无法在其中游泳、游览了， 大大降低了这些湖泊的利用价值。 3 危害生物生存及人类健康 桂林理工大学硕士学位论文 当氨溶于水时，其中一部分氨与水反应生成铵离子，一部分形成水合氨， 也称非离子氨。非离子氨是对起水生生物产生毒害作用的主要因子，而氨离子 相对来说基本无毒。当水体中p h 值较高时，氨态氮往往以非离子的形式存在， 游离氨对水体中的鱼及水生物皆有毒害作用。当水体中n h 。一n l m g l 时，就 会使生物血液结合氧的能力下降：当n h 。- n 3 m g 几时，在2 钆9 6 h 内金鱼及 蝙鱼等大部分鱼类和水生物就会死亡。氨氮对人体也有一定的危害，其可在人 体内合成亚硝基化合物，诱发癌变。硝酸盐和亚硝酸盐有可能转化为亚硝胺， 亚硝胺是三致物质，对人体健康有潜在的危害。 4 增加污水的处理成本 当将含有较高浓度氨氮的水体作为水源，或对含氨氮较高的污水厂出水采 用氯进行消毒时，会增加污水的处理成本。按氯气处理法计算，每增加1 9n h 。一n 就需增加8 1 0 9 的氯气量。若采用化学中和法、沉淀法处理，也会增加化学沉 淀剂的用量。脱色、除嗅、除味的化学药剂投加量也会随之增加，造成饮用水 异味，同时也加大了自来水厂的运行成本。除此之外，氨还会与一些含铜及铜 合金设备中的铜组分反应引起设备的腐蚀。 1 1 2 硫酸盐的来源及危害 自然界中硫以元素硫、无机硫化物、硫酸盐、含硫有机化合物等形式存在， 它们在化学和生物作用下相互转化，构成硫的循环。 硫在自然界中存在多种价态，主要有s 卜、s 。争、s 、s 4 + 、s 6 + 等。s 与s ：2 和 金属元素形成硫化物，硫化物是重要的矿产资源。在有氧化条件下，硫细菌将 硫化氢( h ：s ) 或硫化物氧化为元素硫，再进而氧化为硫酸盐，硫酸盐被微生物吸 收后转化为含硫有机化合物。在厌氧条件下，硫酸盐产生h 。s 等还原态的无机 硫化物( 腐败作用) 。h 。s 被无色硫细菌氧化为s ，并进一步氧化为硫酸盐b 。在 自然界中的硫元素循环过程中，有多种微生物参与作用。 硫酸盐废水来源广泛，主要有h 1 ：自然界中含硫矿物的转化。地表水和 地下水中的硫酸根主要来自于岩石和土壤中含硫组分的风化、金属硫化物的氧 化。地下水流经含硫矿物的岩层时，含硫矿物就会溶解于水，导致水体中硫酸 盐含量升高；含硫有机物的转化。动植物和微生物机体中的蛋白质含有的 有机硫，经过特殊细菌的分解，转化为为硫酸盐；工业污水的排放。如味 精废水、矿山废水、酸洗废水、粘胶纤维废水、印染废水和制酸工业废水等瞄1 ； 含硫酸盐农业化肥的投放。如硫酸氨、硫酸氢钾等。 硫酸盐本身虽然无害，但是它遇到厌氧环境会在硫酸盐还原菌 ( s u l f a t e r e d u c i n gb a c t e r i a ，s r b ) 的作用下被还原，产生h 2 s ，h 2 s 会严重腐 2 桂林理工大学硕士学位论文 蚀处理设施和排水管道，且气味恶臭，严重污染大气嘲。空气中硫化氢的浓度 达到9 踮1 5 0 m g m 3 时，接触数小时，人体产生轻度急性中毒；浓度为 1 5 l 2 2 7 m g m 3 时，人体发生头昏乏力、失眠和胃肠道症状：浓度为1 0 6 0 m g m 3 以上时，可因呼吸中枢麻痹而窒息。硫化氢在水中可与鱼类的血液相结合，使 血红素减少，当硫化氢的含量为3 m g l 时可引起鱼类呼吸受阻，产生缺氧而致 死口1 。硫酸盐废水排入水体会使水体酸化，p h 值降低，危害水生生物；排入农 田会破坏土壤结构、使土壤板结，减少农作物产量及降低农产品品质3 。目前， 我国很多城市的地下水已经受到不同程度的硫酸盐污染，重视并研究治理硫酸 盐污染的问题已经迫在眉睫。 1 2 含氨氮废水的处理技术及研究现状 国内外对氨氮废水的处理方法主要分为两类：物理化学法和生物法。 1 2 1 物理化学法 废水的物理化学方法脱氮工艺主要有空气吹脱法、化学沉淀法、折点氯化 法、离子交换法、超重力法、乳化液膜分离法等。废水的物理化学脱氮工艺具 有操作简便、能耗低、除氮效果稳定等特点，适合于工矿企业排出的高含氮废 水的处理，尤其适合处理氨氮浓度较高的氮肥厂废水。 1 2 1 1 空气吹脱法 此法以水作为不连续相与空气接触，利用废水中组分的实际浓度与平衡浓 度之间存在的差异，在碱性条件下用空气吹脱或用蒸汽汽提，使废水中的挥发 性组分( 如挥发性低碳油类物质及氨氮等) 不断地由液相转移到气相中，从而达 到去除废水中氨氮的目的陋1 。 废水中的氨氮，大多以氨离子( n h 。+ ) 和游离氨( n h 。) 形式存在，并在水中保 持如下平衡关系： n h 4 + + o h hn h 。+ h 2 0( 1 1 ) 这一关系受p h 值的影响，当p h 值升高，平衡向右移动，游离氨所占的比 例增大。调节废水的p h 值，使其升高到1 1 左右时，水中的氨氮9 0 以上以n h 。 的形式存在1 ，此时通入空气将游离氨从水中逸出，达到脱氮的目的。 该工艺简单、效率高、投资省；但由于吹脱法需在碱性条件下进行，需要 消耗一定的碱，并将产生排水的p h 二次污染问题和增加废水中溶解性固体含 3 桂林理工大学硕士学位论文 1 2 1 2 化学沉淀法 化学沉淀法的主要原理是通过向废水中投加某种化学药剂，使之与废水中 的某些溶解性污染物质发生反应，形成难溶盐沉淀下来，从而降低水中溶解性 污染物浓度的方法n 们。当在含有n h 4 + 的废水中加入p 0 4 3 一和m 9 2 + 离子时，会生成 难溶的复盐m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0 ( m a g n e s i u ma 舢o n i u mp h o s p h a t e ，简称m a p ，俗名鸟 类石，溶度积为2 5 1 0 。1 3 ) 沉淀物，从而达到去除水中氨氮的目的。该过程反 应式为啪： m 9 2 + + n h 4 + + h p 0 4 2 _ + 6 h 2 0 - m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0l + h + m 9 2 + + n h 4 + + p 0 4 3 + 6 h 2 0 m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0l m 9 2 + + n h 4 + + h 2 p 0 4 一+ 6 h 2 0 - m g n h 4 p 0 4 6 h 2 0l + 2 h + ( 1 - 2 ) ( 1 3 ) ( 1 4 ) 此法可以处理各种浓度的氨氮废水，尤其适合于高浓度氨氮废水的处理。 当某些高浓度的氨氮废水中含有大量对微生物有害的物质而不宜采用生化法 处理时，可以考虑使用化学沉淀法来处理。在处理的过程中，应考虑p h 值、 沉淀时间、物料比等影响因素。 该处理方法优点是脱氮效率高、工艺比较简单。但是沉淀剂的加药量较大， 运行成本相对较高，沉淀产物m a p 的用途有待进一步开发与推广。 1 2 1 3 折点氯化法 折点氯化法去除氨氮，是将足够量的氯气或次氯酸钠投入到废水中，当投 入量达到某一点时，废水中的氯含量较低，而氨氮含量趋近于零。当氯气通入 量超过此点时，水中的游离氯含量上升，此点常称为折点脚。在折点处，几乎 全部氧化性的氯都被还原，全部氨都被氧化，继续投加氯便会产生自由余氯。 此法的脱氮原理为，氯气通入水中发生水解反应生成次氯酸( h o c l ) 和次氯酸盐 ( o c l 一) ，其反应如下口3 ： c l ：+ h ：ohh o c l + h + + c l 一( 1 5 ) 次氯酸h o c l 与水中的氨氮发生如下的化学反应，将水中的氨氮氧化成氮 气而除去。 n h + + h o c l 一n h ：c 1 ( 氯胺) + h ：o + h + n h 2 c 1 + h o c l n h c l ：( 二氯胺) + h 。o 4 ( 1 6 ) ( 1 7 ) 桂林理工大学硕士学位论文 n h c l 。+ 2 h o c l 一n c l 。( 三氯胺) + 2 h ：0( 1 8 ) n h 4 + + 4 h o c l 一h n 0 3 + 5 h + + 4 c 1 + + h 2 0( 1 9 ) n h 2 c l + 1 5 h o c l - + 0 5n 2f + 0 5h 。o + 1 5h + + 1 5 c l 。( 1 1 0 ) 总反应式为：n 吖+ 0 5 h o c l o 5n 。t + 1 5h 2 1 ) + 2 5 + 1 5 c l 一( 1 1 1 ) 折点氯化法反应迅速，设备投资少，最大的优点是理论上通过适当的控制， 可以把氨氮完全去除。但因加氯量大，费用高，产酸增加总溶解固体等原因， 目前此方法只能作为氨氮废水的后续处理，以进一步提高脱氮率，以及给水处 理或饮用水处理u 。 1 2 1 4 离子交换法 离子交换法是在离子交换柱内借助于离子交换剂上的离子和废水中的铵 离子( n h 4 + ) 进行交换反应，从而达到废水脱氮的目的。 离子交换法脱氮的过程可看作是固相的交换剂和废水中的n h 4 + 之间进行的 化学置换反应，离子交换过程的表达式为西3 ： r a + + n h 4 + r n h 4 + + a + ( 1 1 2 ) 常用的离子交换剂分无机交换剂和有机交换剂两大类。无机交换剂有天然 沸石和人造沸石，有机交换剂有磺化煤和各种离子交换树脂。 离子交换法的优点是去除效率高，设备简单，易于操作。此法的缺点是离 子交换剂用量较大，交换剂需要频繁再生，交换剂的再生液需再次脱氨氮。为 了不使交换剂堵塞而影响交换容量。离子交换法要求对废水作预处理以除去悬 浮物，使s s 9 时，废水中的氨氮大多数以n h 。存在。由于氨 态氮( n h 。一n ) 易溶于膜相( 油相) 中，因此很容易从废水中，即从膜相外侧在氨浓 度差的作用下，通过膜相的扩散迁移当到膜相内侧，并与膜相内的酸液发生如 下反应，转化为不溶于膜相( 油相) 的n h 4 h 副： n h 。+ 盯- n h 4 +( 1 1 3 ) 因生成的氨离子( n 地+ ) 不溶于油相而稳定在膜内相中。在膜内外两侧氨浓 度差的推动下，氨分子不断通过膜表面吸附，渗透扩散迁移至膜相内侧解吸成 m + 并富集，从而达到从废水中去除氨氮的目的n 2 j 引。 影响乳状液膜法去除废水中氨氮的因素主要有：废水的p h 值，表面活性 剂的种类，及膜增强剂的使用，油内比的大小( 乳状液的油相与膜内相的体积 比) ，膜内相酸的浓度比，乳水比等呻1 。 1 2 2 生物法 生物法因工艺简单、处理能力强、运行方式灵活，不会造成二次污染，并 且能耗较物理化学法低，近年来已成为城市污水脱氮处理的重要方法，得到广 泛应用。主要方法有硝化反硝化、同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧 氨氧化、好氧反氨化、人工湿地等。图1 1 显示了生物法脱除废水中氨氮的可 能途径。 n 0 3 n 2 3 1 一硝化一反硝化；2 一短程硝化反硝化；3 一厌氧氨氧化 图1 1 废水生物脱氮的可能途径1 6 桂林理工大学硕士学位论文 1 2 2 1 硝化一反硝化 硝化反硝化( n i t r i f i c a t i o n d e n i t r i f i c a t i o n ) 是传统的生物脱氮工艺， 基本原理是废水中的含氮物质利用氨化菌把水中的有机氮分解、转化成氨态氮 ( n h 3 一n ) ，再利用亚硝化菌把氨( n h 4 + ) 转化为亚硝态氮( n 0 2 - - n ) ，亚硝态氮在硝酸 菌的作用下，进一步转化成硝态氮( n 吁一n ) ；亚硝态氮和硝态氮在反硝化菌的 作用下被还原成氮气。可用如下反应表示瞳1 ： 亚硝化反应：n h 4 + + 1 5 0 2 一n o + 2 h + + h 。o 硝化反应：n 0 2 一十o 5 0 2 一n 0 3 一 硝化总反应：n 地+ + 2 q n 吁+ 2 h + + h 。o 反硝化反应：2 n 町+ 3 h 。一n 。f + 2 0 盯+ 2 h 。o 2 n 0 3 - + 5 h 2 - n 2f + 2 0 盯+ 4 h 2 0 ( 1 1 4 ) ( 1 1 5 ) ( 1 1 6 ) ( 1 1 7 ) ( 1 1 8 ) 由于硝化菌和反硝化菌对环境的要求不同，这两个阶段不能同时发生，只 能序列式地进行，即硝化反应发生在好氧条件下，而反硝化反应发生在缺氧或 厌氧条件下n 观。 传统的硝化一反硝化工艺有：前置反硝化工艺( a o 工艺、a 2 o 工艺) 、后置 反硝化工艺、s b r 工艺等。这些工艺都是将好氧区与缺氧区分开，分别进行硝 化、反硝化反应。前置反硝化利用废水中部分易降解有机物作为反硝化所需碳 源，节约了外加碳源的费用；后置反硝化充分保证了出水中氮的含量，但一般 需要外加碳源；s b r 技术使硝化反硝化得以在同一反应器中进行，从而大大节 省了基建费用。虽然硝化一反硝化可以有效地去除废水中的氮，但是仍然存在 着很多不足之处n 们：硝化细菌是自养菌，生长缓慢，在混合培养的活性污 泥系统中无法与异养菌竞争，难以取得生长优势。而为了保证氮的去除率，势