毕业论文-化学沉淀法处理氨氮废水.doc

沈阳工业大学本科生毕业设计论文 1 目录目录 第第 1 章章 引引 言言 2 1 1 氨氮废水的来源及危害 2 1 2 处理氨氮废水的国内外研究状况 2 1 2 1国内研究状况 2 1 2 2 国外研究状况 3 1 3 氨氮废水的处理现状 4 1 3 1物化法 4 1 3 2生化联合法 5 1 3 3新型生物脱氮法 5 1 4 本课题的研究意义及内容 6 第第 2 章章 实验部分实验部分 7 2 1 实验药品及仪器 7 2 1 1 实验药品 见表 2 1 7 2 1 2 实验仪器 见表 2 2 8 2 2 实验步骤 8 2 2 1pH 和初始浓度对氨氮去除效率的影响 8 2 2 2 配比对氨氮溶解性磷酸盐去除效果的影响 8 2 3 实验分析方法 8 2 4 标准曲线的测定 9 第第 3 章章 实验结果与讨论实验结果与讨论 11 3 1 PH 对不同初始浓度的氨氮废水处理效果的影响 11 3 2 氨氮初始浓度对氨氮去除率的影响 15 3 3 配比对氨氮去除效果的影响 16 第第 4 章章 结结 论论 20 参考文献参考文献 21 致致 谢谢 23 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 2 第 1 章 引 言 1 1 氨氮废水的来源及危害 水是人们居住星球上的一种物质资源 它具有可循环性和独特的物理 化学性质 是任何物质不可替代的 它是人类生存的基本条件和生产活动 的物资基础 我国由于缺水和水污染对经济发展和人民的身体健康造成了 极大危害 全国每年废水排放总量由 1998 年的 395 亿吨增至 2000 年的 1415 亿吨 全国估计每年水污染造成的经济损失约 400 亿元保护水资源 防止水体污染已成为我国政府十分关注的重大问题 随着工农业的发展和人民生活水平的提高 含氮化合物废水的排放量 急剧增加 已经成为环境的主要污染源而备受关注 氨态氮是水相环境中 氮的主要污染形态 其中氨态氮主要存在形式为铵离子和游离氨 总之 来源比较广泛 排放量较大 其主要来源包括生活污水和动物排泄物 工 业废水 煤油废水 某些制药防水 垃圾填埋场渗滤液及钢铁 煤油 化 肥无机化工 铁合金 玻璃制造 肉类加工和饲料生产等排放废水 随着科学工作者对氨氮进一步研究和探讨发现 氨氮是水体富营养化 和环境污染的一种重要污染物质 一旦氨氮进入水体 可导致水体缺氧滋 生有害水生物导致鱼类中毒 并且人类在食用此种鱼类的同时又肯会有轻 度中毒状甚至死亡 此外 氨氮还会影响鱼鳃的氧气传递 浓度较高时甚 至导致鱼类死亡 大量的氨氮废水排入江河湖海给工业废水的处理带来了 困难 在用氯消毒时 氨氮就会与氯气作用生成氯胺 明确降低氯的消费 速率 大大增加了氯的需要量 氨转化为硝酸 硝酸盐进一步转化为亚硝 酸铵具有严重的三致作用 直接影响人类健康 氮 磷是水体中某些藻类的营养物质 在一定的水温 光照和水流状 态下 当水体中氮 磷达到一定浓度时形成水体富营养化 藻类大量繁殖 使水体严重缺氧 对其他水生生物的呼吸造成障碍 尤其是赤潮生物及其 代谢物含有毒素 可引起水生生物中毒 死亡 1 2 处理氨氮废水的国内外研究状况 1 2 1 国内研究状况 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 3 国内在污水生物脱氮方面做了大量工作 王磊等人采用固定化技术保 证 COD 的去除率达到 80 同时保证 NH4 N 的去除率达到 95 5 方振 等人研究的生物陶粒反应器能达到 90 的去除率 刑传宏等研究的膜生物 反应器 污水中 NH4 N 的去除率达 97 以上 吕锡武等人验证了氨氮废水 处理过程中的好氧反硝化的存在 并对好氧反硝化的机理进行了讨论 李 汝其指出曝气生物滤池同时存在好氧 兼性和厌氧微生物 可以同时进行 硝化和反硝化反应 并在处理生活废水的实验中氨氮和总氮去除率分别为 91 8 和 85 1 在物理化学法处理氨氮废水方面 淮阴钢铁集团公司开发 了利用烟道气处理余氨水的技术 姜淑霞等人使用超重力法处理氨氮废水 保持了处理氨氮废水技术上的可行性 胡允良等使用吹脱法处理高浓度制 药氨氮废水 吹脱效率可达 96 李可彬等研究了轧状液膜去处氨氮 曲 久辉等人研究了不同水质下高铁酸盐对饮用水中氨氮实际效率及主要影响 因素 杜鸿章等人对催化湿式氧化法做了一系列的研究 在特定工艺条件 下 可以使焦化废水中氨氮去除率达到 99 6 谢炜平研究了化学沉淀法 他利用化学沉淀剂 Mg OH 2 H3PO4 除去废水中的氨氮 并得到有用复合肥 并且探讨了各反应因素对氨氮去除率的影响 1 2 2 国外研究状况 国外在污水生物脱氮方面作了大量工作 开发了新的脱氮技术和新型 生物器 20 世纪 60 年代后期 迅速发展起来的固定化技术在氨氮工业废水 处理领域具有广泛的应用前景 日本下水道事业团用固定化硝化菌在硫化 床反应器中进行一年半的生产实验 NH4 N 去除率达到 90 以上 Bjorn 等开发了一种能在低温下有效脱氮的浮动床 生物膜反应器 该反应器能在 7 18oC 内有效去除氨氮 Yukata 等开发出电化学生物反应器 其脱氮原理是将酶或生物膜固定 于电化学生物反应器的阴极表面 通以电流 水电解产生氢 硝酸盐从溶 液主体扩散至生物膜 氢做为电子供体而进行反硝化反应 VanDerGreaf 等 发现氨可以直接作为电子供体而进行硝化反应 并称为厌氧氨生物氧化 他们的发现与传统的硝化反硝化相比 该工艺有无需外加有机物作电子供 体 防治二次污染及降低能耗等优点 最近 有研究报道表面反硝化可发生在有氧条件下 既好氧反硝化的 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 4 存在 它突破了传统生物脱氧技术限制 利用一个生物反应器在一种条件 下完成反应 提供了微生物基础 同时硝化反硝化技术可以通过影响硝化 和反硝化的基质的投加量或消耗量来实现 总之 由于不同废水的性质差异 目前还没有一种通用的方法能够处 理氨氮废水 因此 必须针对不同的废水选择不同的技术和工艺 但是无 论采用何种方法 都应遵循以下原则 能否改进生产技术和改变生产原料 以减少废水量级降低氨氮含量 能否优化水的利用计划 良好的工厂管理 及可能的副食品回收相结合 所选择的工艺能否经济 高效的去除废水中 的氨氮 1 3 氨氮废水的处理现状 过量氨氮排入水体将导致水体富营养化 降低水体观赏价值 并且被 氧化生成的硝酸盐和亚硝酸盐还会影响水生生物甚至人类的健康 因此 废水脱氮处理受到人们的广泛关注 目前 主要的脱氮方法有生物硝化反 硝化 折点加氯 气提吹脱和离子交换法等 消化污泥脱水液 垃圾渗滤 液 催化剂生产厂废水 肉类加工废水和合成氨化工废水等含有极高浓度 的氨氮 500mg L 以上 甚至达到几千 mg L 以上方法会由于游离氨氮的 生物抑制作用或者成本等原因而使其应用受到限制 高浓度氨氮废水的处 理方法可以分为物化法 生化联合法和新型生物脱氮法 1 3 1 物化法 吹脱法 在碱性条件下 利用氨氮的气相浓度和液相浓度之间的气液 平衡关系进行分离的一种方法 一般认为吹脱效率与温度 pH 气液比有 关 沸石脱氨法 利用沸石中的阳离子与废水中的 NH4 进行交换以达到脱 氮的目的 沸石一般被用于处理低浓度含氨废水或含微量重金属的废水 膜分离技术 利用膜的选择透过性进行氨氮脱除的一种方法 这种方法操 作方便 氨氮回收率高 无二次污染 MAP 沉淀法 主要是利用以下化学反 应 Mg2 NH4 HPO42 MgNH4PO4 s H 1 1 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 5 以一定比例向含有高浓度氨氮的废水中投加磷盐和镁盐 当 Mg2 NH4 PO43 2 5 10 13时可生成磷酸铵镁 除去废水中的氨氮 化学氧化 法 利用强氧化剂将氨氮直接氧化成氮气进行脱除的一种方法 折点加氯 是利用在水中的氨与氯反应生成氨气脱氨 这种方法还可以起到杀菌作用 但是产生的余氯会对鱼类有影响 故必须附设除余氯设施 1 3 2 生化联合法 物化方法在处理高浓度氨氮废水时不会因为氨氮浓度过高而受到限制 但是不能将氨氮浓度降到足够低 如 100mg L 以下 而生物脱氮会因为 高浓度游离氨或者亚硝酸盐氮而受到抑制 实际应用中采用生化联合的方 法 在生物处理前先对含高浓度氨氮的废水进行物化处理 膜 生物反应器 技术 MBR 是将膜分离技术与传统的废水生物反应器有机组合形成的一 种新型高效的污水处理系统 MBR 处理效率高 出水可直接回用 设备少 战地面积小 剩余污泥量少 其难点在于保持膜有较大的通量和防止膜的 渗漏 1 3 3 新型生物脱氮法 近年来国内外出现了一些全新的脱氮工艺 为高浓度氨氮废水的脱氮 处理提供了新的途径 主要有短程硝化反硝化 好氧反硝化和厌氧氨氧化 短程硝化反硝化 生物硝化反硝化是应用最广泛的脱氮方式 由于氨 氮氧化过程中需要大量的氧气 曝气费用成为这种脱氮方式的主要开支 短程硝化反硝化 将氨氮氧化至亚硝酸盐即进行反硝化 不仅可以节省 氨氧化需氧量而且可以节省反硝化所需炭源 厌氧氨氧化 ANAMMOX 和全程自养脱氮 CANON 厌氧氨氧化是指在厌氧条件下氨氮以亚硝酸盐 为电子受体直接被氧化成氮气的过程 ANAMMOX 的生化反应式为 NH4 NO2 N2 2H2O 1 2 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 6 ANAMMOX 菌是专性厌氧自养菌 因而非常适合处理含 NO2 低 C N 的氨氮废水 与传统工艺相比 基于厌氧氨氧化的脱氮方式工艺流程简 单 不需要外加有机炭源 防止二次污染 又很好的应用前景 厌氧氨氧 化的应用主要有两种 CANON 工艺和与中温亚硝化 SHARON 结合 构 成 SHARON ANAMMOX 联合工艺 CANON 工艺是在限氧的条件下 利 用完全自养性微生物将氨氮和亚硝酸盐同时去除的一种方法 从反应形式 上看 它是 SHARON 和 ANAMMOX 工艺的结合 在同一个反应器中进行 好氧反硝化 传统脱氮理论认为 反硝化菌为兼性厌氧菌 其呼吸链在有 氧条件下以氧气为终末电子受体在缺氧条件下以硝酸根为终末电子受体 所以若进行反硝化反应 必须在缺氧环境下 近年来 好氧反硝化现象不 断被发现和报道 逐渐受到人们的关注 一些好氧反硝化菌已经被分离出 来 有些可以同时进行好氧反硝化和异养硝化 这样就可以在同一个反应 器中实现真正意义上的同步硝化反硝化 简化了工艺流程 节省了能量 在反硝化过程中会产生 N2O 是一种温室气体 产生新的污染 其相关机 制研究还不够深入 许多工艺仍在实验室阶段 需要进一步研究才能有效 地应用于实际工程中 另外 还有诸如全程自养脱氮工艺 同步硝化反硝 化等工艺仍处在试验研究阶段 都有很好的应用前景 我们之所以选择 MAP 化学沉淀法是因为它有其不可比拟的优势 运行 成本低 反应周期短 管理方便 沉淀物 MgNH4PO4 s 是一种有效的肥料 提纯后可做化学试剂 家禽饲料 达到以废治废的目的 也就是说化学沉 淀法不但可以节省运行费用 还能带来巨大的环境效益和经济效益 因此 选用之 1 4 本课题的研究意义及内容 本设计主要针对模拟氨氮废水进行化学沉淀法去除氨氮的研究 在溶 解性磷酸盐 镁及氨氮的起始摩尔浓度比为 1 1 1 条件下 研究改变起始浓 度及 pH 对氨氮去除效果影响并找出最佳 pH 条件下 通过改变溶解性磷酸 盐 镁及氨氮的起始摩尔浓度配比 考察化学沉淀法对氨氮去除效果的影 响并探讨化学沉淀法去除氨氮的最佳实验条件 以便为实际废水中去除氨 氮摸索最佳反应条件做铺垫 具体包括 1 探讨当氨氮 溶解性磷酸盐及镁初始摩尔浓度为 1 1 1 条件下 pH 对氨 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 7 氮处理效果的影响 2 在同一 pH 条件下 氨氮初始浓度对氨氮去除率的影响 3 探讨当 pH 11 条件下 氨氮 溶解性磷酸盐及镁初始摩尔浓度配比对氨 氮处理效果的影响 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 8 第 2 章实验部分 2 1 实验药品及仪器 2 1 1 实验药品 见表 2 1 表表 2 12 1 实验药品实验药品 药品名称规格生产厂家 氯化铵 NH4cl 分析纯沈阳市新化试剂厂 氯化镁 MgCl2 6H2O 分析纯沈阳市新化试剂厂 磷酸氢二钠 Na2HPO4 12H2O 分析纯沈阳市新化试剂厂 NaOH分析纯沈阳市民生化工厂 98 硫酸分析纯沈阳市民生化工厂 钼酸铵 NH4 6M07O24 4H2O 分析纯沈阳市新化试剂厂 抗坏血酸分析纯沈阳市民生化工厂 酒石酸锑氧钾分析纯沈阳市远东试剂厂 磷酸二氢钾分析纯沈阳市新化试剂厂 碘化钾分析纯沈阳市新化试剂厂 二氯化汞分析纯沈阳市民生化工厂 KOH分析纯沈阳市民生化工厂 酒石酸钾钠 KNaC4H4O6 4H2O 分析纯沈阳市新化试剂厂 浓氨水分析纯沈阳市远东试剂厂 硫酸镁 MgSO4 7H2O 分析纯沈阳市远东试剂厂 EDTA 二钠 C10H14N2O8Na2 2H2O 分析纯沈阳市远东试剂厂 铬黑 T 指示剂干粉 含 NaCl 分析纯沈阳市新化试剂厂 浓盐酸分析纯沈阳市民生化工厂 碳酸钙分析纯沈阳市民生化工厂 甲基红指示剂分析纯沈阳市民生化工厂 90 乙醇分析纯沈阳市远东试剂厂 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 9 2 1 2 实验仪器 见表 2 2 表表 2 22 2 实验仪器实验仪器 仪器名称型号厂家 酸度计PHS 3C 型上海光学仪器五厂 磁力搅拌器79 3 型上海光学仪器五厂 分光光度计721W上海光学仪器五厂 2 2 实验步骤 2 2 1pH 和初始浓度对氨氮去除效率的影响 1 将 10g LNH4cl 原溶液稀释成实验所需浓度的溶液 500ml 2 取 250 ml 稀释后的 NH4cl 溶液加入 500ml 烧杯中 调节 pH 为 7 按摩 尔 比 Mg2 NH4 PO43 1 1 1 加入 Na2HPO4 12H2O 和 MgCl2 6H2O 搅拌至 完全溶解 3 搅拌 20 分钟 至沉淀反应完全后停止搅拌 接着静置 15 分钟 然后取 溶液上清液 过滤 测量 4 重复步骤 2 3 调节 pH 为 8 9 10 11 2 2 2 配比对氨氮溶解性磷酸盐去除效果的影响 1 将 10g LNH4cl 原溶液稀释成实验所需浓度的溶液 500ml 2 取 250 ml 稀释后的 NH4cl 溶液加入 500ml 烧杯中 调节 pH 为 11 按摩 尔比 Mg2 NH4 PO43 1 1 1 1 1 加入 Na2HPO4 12H2O 和 MgCl2 6H2O 搅 拌至 完全溶解 3 搅拌 20 分钟 至沉淀反应完全后停止搅拌 接着静置 15 分钟 然后取 溶液上清液 过滤 测量 4 重复步骤 2 3 依次取 Mg2 NH4 PO43 为 1 1 2 1 2 1 1 3 1 3 1 1 4 1 4 2 3 实验分析方法 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 10 本实验采用的水质分析方法均依照国家环保局编写的 水和废水分析检 测方法 实验中主要的分析项目包括 NH4 N PO43 P Mg2 及 pH 具体 分析方法见表 2 3 表表 2 32 3 水质分析方法水质分析方法 分析项目单位分析方法 NH4 Nmg L纳式试剂光度法 PO43 Pmg L钼锑抗分光光度法 Mg2 mg L 原子吸收光度法 pH 酸度计 2 4 标准曲线的测定 图 2 1 2 2 分别是分光光度法测量氨氮及溶解性磷酸盐的标准曲线 实验中 的 N P 浓度均依照此标准曲线进行计算 051015202530 0 00 0 02 0 04 0 06 0 08 0 10 0 12 0 14 0 16 0 18 0 20 Absorbence A Concentration of phosphate mg L y 0 006x 0 0028 R2 0 997 图 2 1 分光光度法测量溶解性磷酸盐的标准曲线 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 11 0 000 020 040 060 080 10 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 Absorbance A Concentration of ammonia nitrogen mg L y 7 7912x 0 0535 R2 0 9987 图 2 2 分光光度法测量氨氮的标准曲线 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 12 第 3 章 实验结果与讨论 3 1 pH 对不同初始浓度的氨氮废水处理效果的影响 1 氨氮起始浓度为 100mg L 按摩尔比 Mg2 NH4 PO43 1 1 1 投入 Na2HPO4 12H2O 和 MgCl2 6H2O 后 P 浓度为 221 104 mg L Mg2 浓度 为 173 556 mg L 经化学沉淀后上清液中 N Mg 及 P 的浓度及去除率 随 pH 的变化见图 3 1 从图中可以看出 氨氮起始浓度为 100mg L 时 随着 pH 的增大 N Mg 及 P 的残余浓度均降低 去除率均增大 N 的去除率由 PH 7 时的 22 16 增 加到 pH 11 时的 66 24 但去除效果仍不理想 而且 N P 及 Mg 三者有 着不同的去除率 P 及 Mg 的去除率几乎相同 N 的去除率要远远小于 P 及 Mg 的去除率 如 pH 11 时 N 的去除率为 66 24 P 的去除率为 79 52 7891011 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 The rest concentration mg L pH N P Mg 7891011 20 30 40 50 60 70 80 Efficiency of removal pH N P Mg a 残余浓度 b 去除率 图 3 1 氨氮起始浓度为 100mg L 时 N Mg 及 P 的残余浓度及去除率曲线 2 氨氮起始浓度为 500mg L 按摩尔比 Mg2 NH4 PO43 1 1 1 投入 Na2HPO4 12H2O 和 MgCl2 6H2O 后 P 浓度为 1105 52 mg L Mg2 浓度为 867 78 mg L 经化学沉淀后上清液中 N Mg 及 P 的浓度及去除率随 pH 的 变化见图 3 2 从图中可以看出 氨氮起始浓度为 500mg L 时 随着 pH 的增大 N Mg 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 13 及 P 的残余浓度均降低 去除率均增大 当 pH 11 时 N 的去除率相对较 好为 80 62 N 的去除率虽然仍小于 P 及 Mg 的去除率 但相差程度已缩 小 如 pH 11 时 N 的去除率为 80 62 P 的去除率为 88 66 7891011 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 The rest concentration mg L pH N P Mg 7891011 40 50 60 70 80 90 Efficiency of removal pH N P Mg a 残余浓度 b 去除率 图 3 2 氨氮起始浓度为 500mg L 时 N Mg 及 P 的残余浓度及去除率 3 氨氮起始浓度为 900mg L 按摩尔比 Mg2 NH4 PO43 1 1 1 投入 Na2HPO4 12H2O 和 MgCl2 6H2O 后 P 浓度为 1989 93mg L Mg2 浓度为 1562 mg L 经化学沉淀后上清液中 N Mg 及 P 的浓度及去除率随 pH 的变 化见图 3 3 从图中可以看出 氨氮起始浓度为 900mg L 时 随着 pH 的增大 N Mg 及 P 的残余浓度均降低 去除率均增大 当 pH 11 时 N 的去除率可达到 89 59 N 和 P Mg 几乎有相同的去除率 如 pH 10 时 N 的去除率为 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 14 74 19 P 的去除率为 76 33 7891011 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 The rest concentration mg L pH N P Mg 7891011 40 50 60 70 80 90 100 Effciiency of removal pH N P Mg a 残余浓度 b 去除率 图 3 3 氨氮起始浓度为 900mg L 时 N Mg 及 P 的残余浓度及去除率 4 氨氮起始浓度为 1500mg L 按摩尔比 Mg2 NH4 PO43 1 1 1 投入 Na2HPO4 12H2O 和 MgCl2 6H2O 后 P 浓度为 3316 56mg L Mg2 浓度为 2603 34 mg L 经化学沉淀后上清液中 N Mg 及 P 的浓度及去除率随 pH 的变化见图 3 4 从图中可以看出 氨氮起始浓度为 1500mg L 时 随着 pH 的增大 N Mg 及 P 的残余浓度均降低 去除率均增大 当 pH 10 11 时 N 的去除率分 别为 78 45 和 90 16 N 和 P Mg 仍然几乎有相同的去除率 如 pH 11 时 N 的去除率为 90 16 P 的去除率为 90 62 7891011 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 The rest concentration mg L pH N P Mg 7891011 40 50 60 70 80 90 100 Efficiency of removal pH N P Mg a 残余浓度 b 去除率 图 3 4 氨氮起始浓度为 1500mg L 时 N Mg 及 P 的残余浓度及去除率 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 15 5 氨氮起始浓度为 2500mg L 按摩尔比 Mg2 NH4 PO43 1 1 1 投 Na2HPO4 12H2O 和 MgCl2 6H2O 后 P 浓度为 5527 6 mg L Mg2 浓度为 4338 9 mg L 经化学沉 淀后上清液中 N Mg 及 P 的浓度及去除率随 pH 的变化见图 3 5 从图中可以看出 氨氮起始浓度为 2500mg L 时 随着 PH 值的增大 N Mg 及 P 的残余浓度均降低 去除率均增大 当 pH 9 11 时 N 的去除率 分别为 83 12 91 5 和 94 69 已达到很高的去除率 但由于初始浓度的增加 各物质的残余浓度并没有降到很低 如 pH 9 时 N 的残余浓度为 422mg L 其次 N 和 P Mg 仍然几乎有相同的去除率 7891011 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 The rest concentration mg L pH N P Mg 7891011 75 80 85 90 95 Efficiency of removal pH N P Mg a 残余浓度 b 去除率 图 3 5 氨氮起始浓度为 2500mg L 时 N Mg 及 P 的残余浓度及去除率 由图 3 1 到图 3 5 的实验结果 可以看出以下规律 1 同一氨氮初始浓度条件下 随着 pH 的上升 N Mg P 的残余浓度呈下降 趋势 去除率呈上升趋势 在 pH10 11 范围内 各物质残余浓度最低 在纯 水中 MgNH4PO4 s 的条件容度积在 pH 10 7 时达到极小值 因而 MgNH4PO4 s 在碱性溶液中沉淀更有利 pH 升高对氨氮去除有利可以从以 下两个方面讨论说明 首先 根据反应方程式 1 1 化学反应平衡常数 KC 3 1 HPO NH Mg H 2 44 2 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 16 在恒温条件下 KC为一个常数 当 pH 升高时 H 浓度呈下降趋势 平衡向右 移动 也就是朝着生成 MgNH4PO4 s 的方向进行 但为了保持 KC稳定 Mg2 NH4 HPO42 必须降低 因而 Mg2 NH4 及 HPO42 去除率均有上升 趋势 其次 根据水的离子积为常数的原理 可以看出 当反应 pH 升高时 为 了维持水溶液中的离子积常数稳定 升高的 OH 浓度必将导致 H 浓度的降低以 维持 KW的稳定 因而反应向着生成 H 的方向进行 即朝着生成 MgNH4PO4 s 的方向进行 因此 N Mg P 的去除率是呈上升趋势的 2 氨氮起始浓度较低时 即浓度为 100mg L 500mg L 时 氨氮的去除率远比 溶解性磷酸盐及镁的去除率低得多 但是当氨氮的初始浓度在 900mg L 以上的 时候 氨氮的去除率开始接近溶解性磷酸盐及镁的去除率 即溶解性磷酸盐及 镁的去除率高于氨氮的去除率 从原理上分析 按照化学反应式 1 1 三者 应该有相同的去除率 但实验的数据表明他们并不相同 并且可以看出随着氨 氮初始浓度的增加 沉淀中 MgNH4PO4 s 的比例越高 实际上 在化学沉淀 法处理氨氮的同时 反应过程是复杂的 因为在溶液中除了反应 1 1 外还有 其他反应的存在 主要包括 Mg2 PO43 Mg3 PO4 2 S 3 2 Mg2 HPO42 MgHPO4 S 3 3 Mg2 2H2PO4 Mg H2PO4 2 S 3 4 即在沉淀过程中除了生成 MgNH4PO4 s 之外 还存在 Mg3 PO4 2 S MgHPO4 S 和 Mg H2PO4 2 S 等晶体 它们的存在是和溶液的 pH 密切相 关的 3 4 存在于酸性条件下 3 3 存在于中性及碱性条件下 而 3 2 则存 在于强碱性条件下 也就是因为这些反应的存在 导致溶解性磷酸盐及镁的去 除率高于氨氮的去除率 Stratful 25 等人对此进行了探讨 他们认为沉淀的晶体 不全是 MgNH4PO4 s 还好有其它盐类 它们可能包括 Mg3 PO4 2 S MgHPO4 S 和 Mg H2PO4 2 S 等 除此之外 他们还认为沉淀中 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 17 MgNH4PO4所占比例是与氨氮初始浓度有关的 这与实验结果是一致的 3 2 氨氮初始浓度对氨氮去除率的影响 为了进一步了解氨氮初始浓度对氨氮去除率的影响 在固定 pH 条件下 对氨氮的初始浓度作图 见图 3 6 从图中可以看出氨氮初始浓度对氨氮去除率有较大影响 在同一 pH 条件 下 随着氨氮初始浓度的增加 去除率普遍有上升趋势 在氨氮起始浓度较低 100mg L 500mg L 条件下 氨氮去除率较低 如氨氮起始浓度为 100mg L 时即使在 pH 11 时 去除率也仅仅达到 66 24 最低仅 22 16 在氨氮起始 浓度较高 900mg L 2500mg L 条件下 去除率相对较高 最高可达到 94 69 其次 在不同的 pH 值条件下 初始浓度对氨氮去除率的影响是不同的 在 pH 为 7 时 曲线的斜率较大 即去除率随浓度的变化较明显 而在 pH 为 8 9 10 11 时 pH 的增长较缓慢 尤其在 pH 11 的高浓度段 曲线的斜率 几乎为零 即去除率的变化不明显 05001000150020002500 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Efficiency of ammonia nitrogen removal Primary concentration of ammonia nitrogen mg L pH 7 pH 8 pH 9 pH 10 pH 11 图 3 6 不同 pH 条件下 氨氮初始浓度对氨氮的去除率影响曲线 3 3 配比对氨氮去除效果的影响 氨氮起始浓度分别为 100mg L 500mg L 900mg L 时 N 的残余浓度见图 3 7 由图中可知 随着溶解性磷酸盐 镁对氨氮配比的变化 氨氮剩余浓度有 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 18 下降趋势 根据溶液化学平衡理论 在一定温度下 KC为一常数 也就是说 当 Mg2 及 HPO42 浓度不断上升时 反应向生成 MgNH4PO4的方向进行 因而 氨氮剩余浓度有下降趋势 除此之外 还可以用影响生成沉淀因素中的同离子 效应和溶度积规则来解释这个问题 当反应达到平衡后 加入 Mg2 及 HPO42 离子导致离子积大于 MgNH4PO4的 KSP 因而反应会朝着生成沉淀的方向进行 氨氮得到了去除 1 1 11 1 1 1 11 1 2 1 21 1 3 1 31 1 4 1 4 22 24 26 28 30 32 34 The rest concentration of ammonia nitrogen mg L NH4 PO 4 3 Mg2 1 1 11 1 1 1 11 1 2 1 21 1 3 1 31 1 4 1 4 70 75 80 85 90 95 100 The rest concentration of ammonia nitrogen mg L NH4 PO43 Mg2 a 氨氮起始浓度分别为 100mg L b 氨氮起始浓度分别为 500mg L 1 1 11 1 1 1 11 1 2 1 21 1 3 1 31 1 4 1 4 40 50 60 70 80 90 100 The rest concentration of ammonia nitrogen mg L NH4 PO43 Mg2 c 氨氮起始浓度分别为 900mg L 图 3 7 氨氮残余浓度随配比的变化 氨氮起始浓度分别为 100mg L 500mg L 900mg L 时 P 的残余浓度见图 3 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 19 8 由图中可知 溶解性磷酸盐的剩余浓度 随着配比的升高 有上升趋势 虽然随着反应向生成 MgNH4PO4的方向进行时 溶解性磷酸盐的去除率又提高 趋势 但是同时溶解性磷酸盐的初始 浓度也是升高的 因而其剩余浓度仍然 有上升趋势 1 1 11 1 1 1 11 1 2 1 21 1 3 1 31 1 4 1 4 40 50 60 70 80 90 100 The rest concentration of phosphate mg L NH4 PO43 Mg2 1 1 11 1 1 1 11 1 2 1 21 1 3 1 31 1 4 1 4 100 200 300 400 500 600 700 The rest concentration of phosphate mg L NH4 PO43 Mg2 a 氨氮起始浓度分别为 100mg L b 氨氮起始浓度分别为 500mg L 1 1 11 1 1 1 11 1 2 1 21 1 3 1 31 1 4 1 4 0 200 400 600 800 1000 1200 The rest concentration of phosphate mg L NH4 PO 4 3 Mg2 c 氨氮起始浓度分别为 900mg L 图 3 8 总磷残余浓度随配比的变化 氨氮起始浓度分别为 100mg L 500mg L 900mg L 时 N 的去除率见图 3 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 20 9 由图中可知 在氨氮初始浓度较低的条件下 提高配比 虽然氨氮去除率 比在相同氨氮浓度初始浓度下 配比为 1 1 1 时的氨氮去除率有所提高 但 去除效果的增加不够明显 如图 b 所示 当氨氮起始浓度为 500mg L 时 配比 由 1 1 1 变化到 1 1 4 1 4 氨氮去除率由 80 62 只增加到 85 5 同时溶 解性磷酸盐的浓度也呈上升趋势 所以改变配比效果不显著 1 1 11 1 1 1 11 1 2 1 21 1 3 1 31 1 4 1 4 66 68 70 72 74 76 78 Efficiency of ammonia nitrogen removal NH4 PO43 Mg2 1 1 11 1 1 1 11 1 2 1 21 1 3 1 31 1 4 1 4 80 81 82 83 84 85 86 Efficiency of ammonia nitrogen removal NH4 PO43 Mg2 a 氨氮起始浓度分别为 100mg L b 氨氮起始浓度分别为 500mg L 1 1 11 1 1 1 11 1 2 1 21 1 3 1 31 1 4 1 4 89 90 91 92 93 94 95 96 Efficiency of ammonia nitrogen removal NH4 PO43 Mg2 c 氨氮起始浓度分别为 900mg L 图 3 9 氨氮去除率随配比的变化 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 21 第 4 章 结 论 本实验采用磷酸盐化学沉淀法处理氨氮模拟废水 以废水中的氨氮 P Mg 的残留浓度为表征 考察了 pH 氨氮初始浓度 氨氮与溶解性磷酸盐 及镁三者之间的配比对氨氮去除效果的影响 实验结果表明 采用 MAP 化学 沉淀法对氨氮模拟废水的去除效果是明显的 1 在同一初始浓度下 随着 pH 的上升 氨氮 P Mg 的残余浓度都呈下降 趋势 去除率都呈上升趋势 在 pH 11 条件下达到最高 氨氮的去除率整体上 是随着氨氮初始浓度的增加而升高的 随着溶解性磷酸盐及镁对氨氮配比的增 加 氨氮的去除率呈略微上升趋势 同时溶解性磷酸盐的浓度也呈上升趋势 所以改变配比效果不显著 2 在摩尔比 Mg2 NH4 PO43 1 1 1 时 氨氮 P Mg 的去除率也不是一致 的 氨氮起始浓度较低时 氨氮的去除率远比 P Mg 的去除率低得多 但是当 氨氮的初始浓度在 900mg L 以上的时候 氨氮的去除率开始接近溶解性磷酸盐 及镁的去除率 3 对于低浓度的氨氮废水 去除率普遍相对较低 但残余浓度也较低 对于 高浓度的氨氮废水 去除率普遍相对较高 但残余浓度也较高 所以 去除率 不是衡量处理效果的唯一指标 沈阳工业大学本科生毕业设计论文 22 参考文献 1 国家环保总局 中国环境状况公报 1998 4 2 国家环保总局 中国环境状况公报 2000 4 3 刘天齐 环境保护 第二版 化学工业出版社 2000 108 4 王兆雄 郭崇涛 张英 等 化工环境保护和三废处理技术 北京 化工工业出版社 1982 18 29 5 章非娟 生物脱氮技术 中国环境科学出版社 1992 1 3 6 Delica S J Chao A C Charles Smallwood et al Removal of Organic Priority pollution of oxidation coagulation Environmental Engineering 1983 109 1 37 45 7 原丁 氮肥工业中氨氮废水治理技术进展 化工环保 1995 15 2 73 77 8 高廷耀 夏四清 市污水脱氮除磷工艺评述 环境科学 1999 20 1 110 112 9 吕锡武 李锋 稻森悠平 氨氮废水处理过程中的好氧反硝化研究 给水排水 2000 26 4 17 20 10 李汝其 孔波 钱易 曝气生物滤池处理生活污水实验 环境科学 1999 20 5 69 71 11 周立权 焦化废水处理技术的重大突破 环境导报 1999 5 45 12 姜淑霞 朱莉 机处理氨氮废水实验 齐鲁石油化工 1999 27 3 201 202 13 胡允良 张震威 翟巍 制药废水的氨氮吹脱实验 工业水处理 1999 19 4 19 21 14 李可彬 金士道 液膜法去除废水中的氨氮污染 膜科学与技术 1996 16 3 40 45 15 曲久辉 王立立 田宝珍 高铁酸盐氧化絮凝去除饮用水中氨氮的研究 环境科学学 报 2000 20 3 160 163 16 杜鸿章 房廉清 江义 难降解高浓度有机废水催化湿式氧化净化技术 水处理技 术 1997 23 3 160 16