氨氮废水处理研究 毕业论文

引言

随着我国经济的高速发展，伴随而来的是人口的剧增和工农业规模迅猛扩大，水污染日趋严重，其中由于氨氮废水大量排入，特别是高浓度氨氮废水排放量不断增大，导致水体富营养化，造成海洋出现赤潮现象，水中的溶解氧过度消耗，复氧速率明显小于耗氧速率，最终导致鱼类大量的死亡，甚至出现湖泊的干涸灭亡。另外由于一些工业的排放的氨氮废水成分复杂，毒性强，又具有很强的致癌性。加深水体的污染。与此同时也给给水工程带来很大的困难，出现水质恶化，形成生物垢堵塞管道及设备，影响热效益等问题。

第一章处理氨氮废水的研究综述

1.1 氨氮废水的来源及危害

氨氮废水的来源很广，在工业中，如钢铁厂，化工玻璃制造厂，炼钨厂，肉类加工及饲料加工工业等行业。这些行业在其生产过程中排放废水中含有大量氨氮，而在农业中，大量使用化肥作业，但由于其利用效率的不高而造成大量的氨流失。在一些养殖场中动物的排泄物以及垃圾渗滤液都含有氨氮。这些行业基本上排放的氨氮浓度很高，甚至有的达到6000mg/L或是更高。而一些如皮革，食品和养殖场的排放废水中氨氮的浓度本身不高，但是由于有机氧的脱氮基反应，氨氮浓度迅速上升，污染进一步加重。

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

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

+-N的去除率达到95.5%；方振等人研究的生物陶粒反应器除率达到80%，同时保证NH

4

+-N的去除率达97%以能达到90%的去除率；刑传宏等研究的膜生物反应器，污水中NH

4

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+H

3

PO

4

]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，NH

4

+-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7-18o C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

现在对氨氮废水处理方法很多，包括物化法空气吹脱法、离子交换法、膜分离技术、MAP沉淀法、化学氧化法、折点加氯法、电渗析、电化学处理、催化裂解等。生化法：硝化和反硝化法，厌氧氨氧化（ANAMMOX）和全程自养脱氮（CANON）等，但是由于水质的差异和自身条件的限制，所以现代工业中应用主要有：

1）对于无机氨氮废水处理常用有：空气吹脱法和离子交换法等。

2）对于有机氨氮废水处理常用有：生物硝化和反硝化法等。

3）对于高浓度氨氮废水处理常用有：物化法，生化联合法和新型生物脱氧法等。

4）对于低浓度的氨氮废水常用有：天然沸石离子交换法；生物脱氮法等。

本文主要研究化学沉淀法处理高浓度氨氮废水。

1.3.1 物化法

吹脱法是将气体通入到液体中，使气液相互充分接触，从而使液体中的溶解气体和挥发性溶质穿过气液界面，向气相转移，从而达到把物质脱离目的。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NH

4

+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；氨氮化学沉淀法是一般指磷酸氨镁沉淀法，是一种去除高浓度氨氮废水的有效方法，通过添加沉淀剂可以将铵从废液中分离出来，而沉淀物也可以回收利用。主要是利用以下化学反应：

Mg2++NH

4++HPO

4

2- =MgNH

4

PO

4

（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[Mg2 + ][NH

4+][PO

4

3

-]>2.5×10–13时可生成磷酸铵镁，除去废水中的氨氮。其中影响磷酸氨镁沉淀的因素主要有PH值，n(Mg):n(N):n(P)，反应时间和反应温度等；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100 mg/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新型生物脱氧法

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：

NH

4++NO

2

－→N

2

↑+2H

2

O （1-2）

ANAMMOX菌是专性厌氧自养菌，因而非常适合处理含NO

2

－、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N

2

O，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。

1.4研究目的及其意义

本文主要以氯化镁和磷酸氢二钠为沉淀剂，研究了MAP化学沉淀法去除模拟废水中氨氮的工艺条件，系统考察各种操作条件对氨氮去除效果的影响，用来指导实际生产。具体包括：

(1).探讨在同一pH条件下，氨氮初始浓度对氨氮去除率的影响。

(2).探讨当氨氮、溶解性磷酸盐及镁初始摩尔浓度一定的条件下，pH对氨氮处理效果的影响。

(3).探讨当pH=10 、常温条件下，反应时间对氨氮处理效果的影响。

第二章实验部分

2.1 实验药品

氢氧化钠：NaOH，分子量40.01，密度2.130g/ml，熔点318.4℃，沸点1390℃，白色半透明晶状固体，极易溶于水；

氯化镁：MgCl

2

，分子量95.2，白色结晶，易吸湿，有刺激性，密封干燥保存。

磷酸氢二钠：Na

2HPO

4

.12H

2

O，分子量358.14，无色透明单斜系棱形晶体，相对密

度1.52，在空气中易风化，可溶于水、不溶于醇，水溶液呈微碱性反应。

钼酸铵：（NH

4）

6

M0

7

O

24

.4H

2

O，分子量1235.86，易溶于水。

抗坏血酸：维生素C，无色晶体，酸性，具有较强的还原性，加热或在溶液中易被氧化。

酒石酸锑氧钾：有毒性，不易燃。

磷酸二氢钾：KH

2P0

4

，分子量为136.09，熔点 252.6℃，为无色结晶或白色颗粒状

粉末。空气中稳定，在400℃时失去水，溶于水，不溶于乙醇，相对密度2.34。

碘化钾：分子式KI,分子量166.00，白色立方结晶或粉末，熔点680℃，沸点1420℃，在潮湿空气中微有吸湿性，久置析出游离碘而变成黄色，并能形成微量碘酸盐。光及潮湿能加速分解，其水溶液呈中性或微碱性，能溶解碘。

二氯化汞：HgCl

2

，分子量271.50，为无色或白色结晶性粉末，常温下微量挥发；熔点276℃，沸点302℃；溶于水、乙醇、乙醚、乙酸乙酯，不溶于二硫化碳；稳定。

氢氧化钾：KOH，分子量56.11；白色颗粒，具有强碱性及腐蚀性。熔点380℃（无水），中等毒，密封干燥保存。

酒石酸钾钠：KNaC

4H

4

O

6

.4H

2

O，分子量282.23，60℃失去部分结晶水，215℃失去

全部结晶水，具有络合性。

浓氨水：易挥发逸出氨气，有强烈的刺激性气味。碱性，有腐蚀性、催泪性。

硫酸镁：MgSO

4.7H

2

O，分子量246.47，易溶于水，微溶于乙醇和甘油，熔点1124℃，

易溶于水，微溶于乙醇和甘油。

铬黑T指示剂干粉（含NaCl）：棕黑色粉末，溶于热水，冷却后成红棕色溶液，略溶于乙醇，微溶于丙酮；遇过量盐酸生成棕紫色沉淀、遇氢氧化钠成深蓝色，后变红色，溶于浓硫酸成蓝黑色溶液，稀释后生成棕色沉淀；遇浓硝酸成橙色溶液。