毕业论文-化学沉淀法处理氨氮废水.doc
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毕业论文-化学沉淀法处理氨氮废水,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[1]增至2000年的1415亿吨[2]，...
内容介绍
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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[1]增至2000年的1415亿吨[2]，全国估计每年水污染造成的经济损失约400亿元[3]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[4]，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[5]。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[6]，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[7]。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
国内在污水生物脱氮方面做了大量工作[8]。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[9]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[10]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[11]；姜淑霞[12]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[13]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[14]等研究了轧状液膜去处氨氮；曲久辉[15]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[16]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[17]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[18]。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[19]；Bjorn 等[20]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[21]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[22]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，既好氧反硝化的存在[23]，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[24]。
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（500 mg/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）
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[Mg..
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[1]增至2000年的1415亿吨[2]，全国估计每年水污染造成的经济损失约400亿元[3]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[4]，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[5]。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[6]，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[7]。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
国内在污水生物脱氮方面做了大量工作[8]。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[9]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[10]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[11]；姜淑霞[12]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[13]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[14]等研究了轧状液膜去处氨氮；曲久辉[15]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[16]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[17]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[18]。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[19]；Bjorn 等[20]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[21]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[22]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，既好氧反硝化的存在[23]，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[24]。
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（500 mg/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）
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[Mg..
