畢業(yè)論文-化學(xué)沉淀法處理氨氮廢水.doc

沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 目錄目錄 第第 1 章章 引引 言言 2 1 1 氨氮廢水的來源及危害 2 1 2 處理氨氮廢水的國內(nèi)外研究狀況 2 1 2 1國內(nèi)研究狀況 2 1 2 2 國外研究狀況 3 1 3 氨氮廢水的處理現(xiàn)狀 4 1 3 1物化法 4 1 3 2生化聯(lián)合法 5 1 3 3新型生物脫氮法 5 1 4 本課題的研究意義及內(nèi)容 6 第第 2 章章 實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分 7 2 1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器 7 2 1 1 實(shí)驗(yàn)藥品 見表 2 1 7 2 1 2 實(shí)驗(yàn)儀器 見表 2 2 8 2 2 實(shí)驗(yàn)步驟 8 2 2 1pH 和初始濃度對(duì)氨氮去除效率的影響 8 2 2 2 配比對(duì)氨氮溶解性磷酸鹽去除效果的影響 8 2 3 實(shí)驗(yàn)分析方法 8 2 4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定 9 第第 3 章章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 11 3 1 PH 對(duì)不同初始濃度的氨氮廢水處理效果的影響 11 3 2 氨氮初始濃度對(duì)氨氮去除率的影響 15 3 3 配比對(duì)氨氮去除效果的影響 16 第第 4 章章 結(jié)結(jié) 論論 20 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 21 致致 謝謝 23 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 第 1 章 引 言 1 1 氨氮廢水的來源及危害 水是人們居住星球上的一種物質(zhì)資源 它具有可循環(huán)性和獨(dú)特的物理 化學(xué)性質(zhì) 是任何物質(zhì)不可替代的 它是人類生存的基本條件和生產(chǎn)活動(dòng) 的物資基礎(chǔ) 我國由于缺水和水污染對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的身體健康造成了 極大危害 全國每年廢水排放總量由 1998 年的 395 億噸增至 2000 年的 1415 億噸 全國估計(jì)每年水污染造成的經(jīng)濟(jì)損失約 400 億元保護(hù)水資源 防止水體污染已成為我國政府十分關(guān)注的重大問題 隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高 含氮化合物廢水的排放量 急劇增加 已經(jīng)成為環(huán)境的主要污染源而備受關(guān)注 氨態(tài)氮是水相環(huán)境中 氮的主要污染形態(tài) 其中氨態(tài)氮主要存在形式為銨離子和游離氨 總之 來源比較廣泛 排放量較大 其主要來源包括生活污水和動(dòng)物排泄物 工 業(yè)廢水 煤油廢水 某些制藥防水 垃圾填埋場滲濾液及鋼鐵 煤油 化 肥無機(jī)化工 鐵合金 玻璃制造 肉類加工和飼料生產(chǎn)等排放廢水 隨著科學(xué)工作者對(duì)氨氮進(jìn)一步研究和探討發(fā)現(xiàn) 氨氮是水體富營養(yǎng)化 和環(huán)境污染的一種重要污染物質(zhì) 一旦氨氮進(jìn)入水體 可導(dǎo)致水體缺氧滋 生有害水生物導(dǎo)致魚類中毒 并且人類在食用此種魚類的同時(shí)又肯會(huì)有輕 度中毒狀甚至死亡 此外 氨氮還會(huì)影響魚鰓的氧氣傳遞 濃度較高時(shí)甚 至導(dǎo)致魚類死亡 大量的氨氮廢水排入江河湖海給工業(yè)廢水的處理帶來了 困難 在用氯消毒時(shí) 氨氮就會(huì)與氯氣作用生成氯胺 明確降低氯的消費(fèi) 速率 大大增加了氯的需要量 氨轉(zhuǎn)化為硝酸 硝酸鹽進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為亞硝 酸銨具有嚴(yán)重的三致作用 直接影響人類健康 氮 磷是水體中某些藻類的營養(yǎng)物質(zhì) 在一定的水溫 光照和水流狀 態(tài)下 當(dāng)水體中氮 磷達(dá)到一定濃度時(shí)形成水體富營養(yǎng)化 藻類大量繁殖 使水體嚴(yán)重缺氧 對(duì)其他水生生物的呼吸造成障礙 尤其是赤潮生物及其 代謝物含有毒素 可引起水生生物中毒 死亡 1 2 處理氨氮廢水的國內(nèi)外研究狀況 1 2 1 國內(nèi)研究狀況 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 國內(nèi)在污水生物脫氮方面做了大量工作 王磊等人采用固定化技術(shù)保 證 COD 的去除率達(dá)到 80 同時(shí)保證 NH4 N 的去除率達(dá)到 95 5 方振 等人研究的生物陶粒反應(yīng)器能達(dá)到 90 的去除率 刑傳宏等研究的膜生物 反應(yīng)器 污水中 NH4 N 的去除率達(dá) 97 以上 呂錫武等人驗(yàn)證了氨氮廢水 處理過程中的好氧反硝化的存在 并對(duì)好氧反硝化的機(jī)理進(jìn)行了討論 李 汝其指出曝氣生物濾池同時(shí)存在好氧 兼性和厭氧微生物 可以同時(shí)進(jìn)行 硝化和反硝化反應(yīng) 并在處理生活廢水的實(shí)驗(yàn)中氨氮和總氮去除率分別為 91 8 和 85 1 在物理化學(xué)法處理氨氮廢水方面 淮陰鋼鐵集團(tuán)公司開發(fā) 了利用煙道氣處理余氨水的技術(shù) 姜淑霞等人使用超重力法處理氨氮廢水 保持了處理氨氮廢水技術(shù)上的可行性 胡允良等使用吹脫法處理高濃度制 藥氨氮廢水 吹脫效率可達(dá) 96 李可彬等研究了軋狀液膜去處氨氮 曲 久輝等人研究了不同水質(zhì)下高鐵酸鹽對(duì)飲用水中氨氮實(shí)際效率及主要影響 因素 杜鴻章等人對(duì)催化濕式氧化法做了一系列的研究 在特定工藝條件 下 可以使焦化廢水中氨氮去除率達(dá)到 99 6 謝煒平研究了化學(xué)沉淀法 他利用化學(xué)沉淀劑 Mg OH 2 H3PO4 除去廢水中的氨氮 并得到有用復(fù)合肥 并且探討了各反應(yīng)因素對(duì)氨氮去除率的影響 1 2 2 國外研究狀況 國外在污水生物脫氮方面作了大量工作 開發(fā)了新的脫氮技術(shù)和新型 生物器 20 世紀(jì) 60 年代后期 迅速發(fā)展起來的固定化技術(shù)在氨氮工業(yè)廢水 處理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景 日本下水道事業(yè)團(tuán)用固定化硝化菌在硫化 床反應(yīng)器中進(jìn)行一年半的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn) NH4 N 去除率達(dá)到 90 以上 Bjorn 等開發(fā)了一種能在低溫下有效脫氮的浮動(dòng)床 生物膜反應(yīng)器 該反應(yīng)器能在 7 18oC 內(nèi)有效去除氨氮 Yukata 等開發(fā)出電化學(xué)生物反應(yīng)器 其脫氮原理是將酶或生物膜固定 于電化學(xué)生物反應(yīng)器的陰極表面 通以電流 水電解產(chǎn)生氫 硝酸鹽從溶 液主體擴(kuò)散至生物膜 氫做為電子供體而進(jìn)行反硝化反應(yīng) VanDerGreaf 等 發(fā)現(xiàn)氨可以直接作為電子供體而進(jìn)行硝化反應(yīng) 并稱為厭氧氨生物氧化 他們的發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的硝化反硝化相比 該工藝有無需外加有機(jī)物作電子供 體 防治二次污染及降低能耗等優(yōu)點(diǎn) 最近 有研究報(bào)道表面反硝化可發(fā)生在有氧條件下 既好氧反硝化的 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 存在 它突破了傳統(tǒng)生物脫氧技術(shù)限制 利用一個(gè)生物反應(yīng)器在一種條件 下完成反應(yīng) 提供了微生物基礎(chǔ) 同時(shí)硝化反硝化技術(shù)可以通過影響硝化 和反硝化的基質(zhì)的投加量或消耗量來實(shí)現(xiàn) 總之 由于不同廢水的性質(zhì)差異 目前還沒有一種通用的方法能夠處 理氨氮廢水 因此 必須針對(duì)不同的廢水選擇不同的技術(shù)和工藝 但是無 論采用何種方法 都應(yīng)遵循以下原則 能否改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)和改變生產(chǎn)原料 以減少廢水量級(jí)降低氨氮含量 能否優(yōu)化水的利用計(jì)劃 良好的工廠管理 及可能的副食品回收相結(jié)合 所選擇的工藝能否經(jīng)濟(jì) 高效的去除廢水中 的氨氮 1 3 氨氮廢水的處理現(xiàn)狀 過量氨氮排入水體將導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化 降低水體觀賞價(jià)值 并且被 氧化生成的硝酸鹽和亞硝酸鹽還會(huì)影響水生生物甚至人類的健康 因此 廢水脫氮處理受到人們的廣泛關(guān)注 目前 主要的脫氮方法有生物硝化反 硝化 折點(diǎn)加氯 氣提吹脫和離子交換法等 消化污泥脫水液 垃圾滲濾 液 催化劑生產(chǎn)廠廢水 肉類加工廢水和合成氨化工廢水等含有極高濃度 的氨氮 500mg L 以上 甚至達(dá)到幾千 mg L 以上方法會(huì)由于游離氨氮的 生物抑制作用或者成本等原因而使其應(yīng)用受到限制 高濃度氨氮廢水的處 理方法可以分為物化法 生化聯(lián)合法和新型生物脫氮法 1 3 1 物化法 吹脫法 在堿性條件下 利用氨氮的氣相濃度和液相濃度之間的氣液 平衡關(guān)系進(jìn)行分離的一種方法 一般認(rèn)為吹脫效率與溫度 pH 氣液比有 關(guān) 沸石脫氨法 利用沸石中的陽離子與廢水中的 NH4 進(jìn)行交換以達(dá)到脫 氮的目的 沸石一般被用于處理低濃度含氨廢水或含微量重金屬的廢水 膜分離技術(shù) 利用膜的選擇透過性進(jìn)行氨氮脫除的一種方法 這種方法操 作方便 氨氮回收率高 無二次污染 MAP 沉淀法 主要是利用以下化學(xué)反 應(yīng) Mg2 NH4 HPO42 MgNH4PO4 s H 1 1 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 以一定比例向含有高濃度氨氮的廢水中投加磷鹽和鎂鹽 當(dāng) Mg2 NH4 PO43 2 5 10 13時(shí)可生成磷酸銨鎂 除去廢水中的氨氮 化學(xué)氧化 法 利用強(qiáng)氧化劑將氨氮直接氧化成氮?dú)膺M(jìn)行脫除的一種方法 折點(diǎn)加氯 是利用在水中的氨與氯反應(yīng)生成氨氣脫氨 這種方法還可以起到殺菌作用 但是產(chǎn)生的余氯會(huì)對(duì)魚類有影響 故必須附設(shè)除余氯設(shè)施 1 3 2 生化聯(lián)合法 物化方法在處理高濃度氨氮廢水時(shí)不會(huì)因?yàn)榘钡獫舛冗^高而受到限制 但是不能將氨氮濃度降到足夠低 如 100mg L 以下 而生物脫氮會(huì)因?yàn)?高濃度游離氨或者亞硝酸鹽氮而受到抑制 實(shí)際應(yīng)用中采用生化聯(lián)合的方 法 在生物處理前先對(duì)含高濃度氨氮的廢水進(jìn)行物化處理 膜 生物反應(yīng)器 技術(shù) MBR 是將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)的廢水生物反應(yīng)器有機(jī)組合形成的一 種新型高效的污水處理系統(tǒng) MBR 處理效率高 出水可直接回用 設(shè)備少 戰(zhàn)地面積小 剩余污泥量少 其難點(diǎn)在于保持膜有較大的通量和防止膜的 滲漏 1 3 3 新型生物脫氮法 近年來國內(nèi)外出現(xiàn)了一些全新的脫氮工藝 為高濃度氨氮廢水的脫氮 處理提供了新的途徑 主要有短程硝化反硝化 好氧反硝化和厭氧氨氧化 短程硝化反硝化 生物硝化反硝化是應(yīng)用最廣泛的脫氮方式 由于氨 氮氧化過程中需要大量的氧氣 曝氣費(fèi)用成為這種脫氮方式的主要開支 短程硝化反硝化 將氨氮氧化至亞硝酸鹽即進(jìn)行反硝化 不僅可以節(jié)省 氨氧化需氧量而且可以節(jié)省反硝化所需炭源 厭氧氨氧化 ANAMMOX 和全程自養(yǎng)脫氮 CANON 厭氧氨氧化是指在厭氧條件下氨氮以亞硝酸鹽 為電子受體直接被氧化成氮?dú)獾倪^程 ANAMMOX 的生化反應(yīng)式為 NH4 NO2 N2 2H2O 1 2 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 ANAMMOX 菌是專性厭氧自養(yǎng)菌 因而非常適合處理含 NO2 低 C N 的氨氮廢水 與傳統(tǒng)工藝相比 基于厭氧氨氧化的脫氮方式工藝流程簡 單 不需要外加有機(jī)炭源 防止二次污染 又很好的應(yīng)用前景 厭氧氨氧 化的應(yīng)用主要有兩種 CANON 工藝和與中溫亞硝化 SHARON 結(jié)合 構(gòu) 成 SHARON ANAMMOX 聯(lián)合工藝 CANON 工藝是在限氧的條件下 利 用完全自養(yǎng)性微生物將氨氮和亞硝酸鹽同時(shí)去除的一種方法 從反應(yīng)形式 上看 它是 SHARON 和 ANAMMOX 工藝的結(jié)合 在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行 好氧反硝化 傳統(tǒng)脫氮理論認(rèn)為 反硝化菌為兼性厭氧菌 其呼吸鏈在有 氧條件下以氧氣為終末電子受體在缺氧條件下以硝酸根為終末電子受體 所以若進(jìn)行反硝化反應(yīng) 必須在缺氧環(huán)境下 近年來 好氧反硝化現(xiàn)象不 斷被發(fā)現(xiàn)和報(bào)道 逐漸受到人們的關(guān)注 一些好氧反硝化菌已經(jīng)被分離出 來 有些可以同時(shí)進(jìn)行好氧反硝化和異養(yǎng)硝化 這樣就可以在同一個(gè)反應(yīng) 器中實(shí)現(xiàn)真正意義上的同步硝化反硝化 簡化了工藝流程 節(jié)省了能量 在反硝化過程中會(huì)產(chǎn)生 N2O 是一種溫室氣體 產(chǎn)生新的污染 其相關(guān)機(jī) 制研究還不夠深入 許多工藝仍在實(shí)驗(yàn)室階段 需要進(jìn)一步研究才能有效 地應(yīng)用于實(shí)際工程中 另外 還有諸如全程自養(yǎng)脫氮工藝 同步硝化反硝 化等工藝仍處在試驗(yàn)研究階段 都有很好的應(yīng)用前景 我們之所以選擇 MAP 化學(xué)沉淀法是因?yàn)樗衅洳豢杀葦M的優(yōu)勢(shì) 運(yùn)行 成本低 反應(yīng)周期短 管理方便 沉淀物 MgNH4PO4 s 是一種有效的肥料 提純后可做化學(xué)試劑 家禽飼料 達(dá)到以廢治廢的目的 也就是說化學(xué)沉 淀法不但可以節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用 還能帶來巨大的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益 因此 選用之 1 4 本課題的研究意義及內(nèi)容 本設(shè)計(jì)主要針對(duì)模擬氨氮廢水進(jìn)行化學(xué)沉淀法去除氨氮的研究 在溶 解性磷酸鹽 鎂及氨氮的起始摩爾濃度比為 1 1 1 條件下 研究改變起始濃 度及 pH 對(duì)氨氮去除效果影響并找出最佳 pH 條件下 通過改變?nèi)芙庑粤姿?鹽 鎂及氨氮的起始摩爾濃度配比 考察化學(xué)沉淀法對(duì)氨氮去除效果的影 響并探討化學(xué)沉淀法去除氨氮的最佳實(shí)驗(yàn)條件 以便為實(shí)際廢水中去除氨 氮摸索最佳反應(yīng)條件做鋪墊 具體包括 1 探討當(dāng)氨氮 溶解性磷酸鹽及鎂初始摩爾濃度為 1 1 1 條件下 pH 對(duì)氨 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 氮處理效果的影響 2 在同一 pH 條件下 氨氮初始濃度對(duì)氨氮去除率的影響 3 探討當(dāng) pH 11 條件下 氨氮 溶解性磷酸鹽及鎂初始摩爾濃度配比對(duì)氨 氮處理效果的影響 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 第 2 章實(shí)驗(yàn)部分 2 1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器 2 1 1 實(shí)驗(yàn)藥品 見表 2 1 表表 2 12 1 實(shí)驗(yàn)藥品實(shí)驗(yàn)藥品 藥品名稱規(guī)格生產(chǎn)廠家 氯化銨 NH4cl 分析純沈陽市新化試劑廠 氯化鎂 MgCl2 6H2O 分析純沈陽市新化試劑廠 磷酸氫二鈉 Na2HPO4 12H2O 分析純沈陽市新化試劑廠 NaOH分析純沈陽市民生化工廠 98 硫酸分析純沈陽市民生化工廠 鉬酸銨 NH4 6M07O24 4H2O 分析純沈陽市新化試劑廠 抗壞血酸分析純沈陽市民生化工廠 酒石酸銻氧鉀分析純沈陽市遠(yuǎn)東試劑廠 磷酸二氫鉀分析純沈陽市新化試劑廠 碘化鉀分析純沈陽市新化試劑廠 二氯化汞分析純沈陽市民生化工廠 KOH分析純沈陽市民生化工廠 酒石酸鉀鈉 KNaC4H4O6 4H2O 分析純沈陽市新化試劑廠 濃氨水分析純沈陽市遠(yuǎn)東試劑廠 硫酸鎂 MgSO4 7H2O 分析純沈陽市遠(yuǎn)東試劑廠 EDTA 二鈉 C10H14N2O8Na2 2H2O 分析純沈陽市遠(yuǎn)東試劑廠 鉻黑 T 指示劑干粉 含 NaCl 分析純沈陽市新化試劑廠 濃鹽酸分析純沈陽市民生化工廠 碳酸鈣分析純沈陽市民生化工廠 甲基紅指示劑分析純沈陽市民生化工廠 90 乙醇分析純沈陽市遠(yuǎn)東試劑廠 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 2 1 2 實(shí)驗(yàn)儀器 見表 2 2 表表 2 22 2 實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器 儀器名稱型號(hào)廠家 酸度計(jì)PHS 3C 型上海光學(xué)儀器五廠 磁力攪拌器79 3 型上海光學(xué)儀器五廠 分光光度計(jì)721W上海光學(xué)儀器五廠 2 2 實(shí)驗(yàn)步驟 2 2 1pH 和初始濃度對(duì)氨氮去除效率的影響 1 將 10g LNH4cl 原溶液稀釋成實(shí)驗(yàn)所需濃度的溶液 500ml 2 取 250 ml 稀釋后的 NH4cl 溶液加入 500ml 燒杯中 調(diào)節(jié) pH 為 7 按摩 爾 比 Mg2 NH4 PO43 1 1 1 加入 Na2HPO4 12H2O 和 MgCl2 6H2O 攪拌至 完全溶解 3 攪拌 20 分鐘 至沉淀反應(yīng)完全后停止攪拌 接著靜置 15 分鐘 然后取 溶液上清液 過濾 測(cè)量 4 重復(fù)步驟 2 3 調(diào)節(jié) pH 為 8 9 10 11 2 2 2 配比對(duì)氨氮溶解性磷酸鹽去除效果的影響 1 將 10g LNH4cl 原溶液稀釋成實(shí)驗(yàn)所需濃度的溶液 500ml 2 取 250 ml 稀釋后的 NH4cl 溶液加入 500ml 燒杯中 調(diào)節(jié) pH 為 11 按摩 爾比 Mg2 NH4 PO43 1 1 1 1 1 加入 Na2HPO4 12H2O 和 MgCl2 6H2O 攪 拌至 完全溶解 3 攪拌 20 分鐘 至沉淀反應(yīng)完全后停止攪拌 接著靜置 15 分鐘 然后取 溶液上清液 過濾 測(cè)量 4 重復(fù)步驟 2 3 依次取 Mg2 NH4 PO43 為 1 1 2 1 2 1 1 3 1 3 1 1 4 1 4 2 3 實(shí)驗(yàn)分析方法 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 本實(shí)驗(yàn)采用的水質(zhì)分析方法均依照國家環(huán)保局編寫的 水和廢水分析檢 測(cè)方法 實(shí)驗(yàn)中主要的分析項(xiàng)目包括 NH4 N PO43 P Mg2 及 pH 具體 分析方法見表 2 3 表表 2 32 3 水質(zhì)分析方法水質(zhì)分析方法 分析項(xiàng)目單位分析方法 NH4 Nmg L納式試劑光度法 PO43 Pmg L鉬銻抗分光光度法 Mg2 mg L 原子吸收光度法 pH 酸度計(jì) 2 4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定 圖 2 1 2 2 分別是分光光度法測(cè)量氨氮及溶解性磷酸鹽的標(biāo)準(zhǔn)曲線 實(shí)驗(yàn)中 的 N P 濃度均依照此標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行計(jì)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 圖 2 1 分光光度法測(cè)量溶解性磷酸鹽的標(biāo)準(zhǔn)曲線 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 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 圖 2 2 分光光度法測(cè)量氨氮的標(biāo)準(zhǔn)曲線 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 第 3 章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 3 1 pH 對(duì)不同初始濃度的氨氮廢水處理效果的影響 1 氨氮起始濃度為 100mg L 按摩爾比 Mg2 NH4 PO43 1 1 1 投入 Na2HPO4 12H2O 和 MgCl2 6H2O 后 P 濃度為 221 104 mg L Mg2 濃度 為 173 556 mg L 經(jīng)化學(xué)沉淀后上清液中 N Mg 及 P 的濃度及去除率 隨 pH 的變化見圖 3 1 從圖中可以看出 氨氮起始濃度為 100mg L 時(shí) 隨著 pH 的增大 N Mg 及 P 的殘余濃度均降低 去除率均增大 N 的去除率由 PH 7 時(shí)的 22 16 增 加到 pH 11 時(shí)的 66 24 但去除效果仍不理想 而且 N P 及 Mg 三者有 著不同的去除率 P 及 Mg 的去除率幾乎相同 N 的去除率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 P 及 Mg 的去除率 如 pH 11 時(shí) N 的去除率為 66 24 P 的去除率為 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 殘余濃度 b 去除率 圖 3 1 氨氮起始濃度為 100mg L 時(shí) N Mg 及 P 的殘余濃度及去除率曲線 2 氨氮起始濃度為 500mg L 按摩爾比 Mg2 NH4 PO43 1 1 1 投入 Na2HPO4 12H2O 和 MgCl2 6H2O 后 P 濃度為 1105 52 mg L Mg2 濃度為 867 78 mg L 經(jīng)化學(xué)沉淀后上清液中 N Mg 及 P 的濃度及去除率隨 pH 的 變化見圖 3 2 從圖中可以看出 氨氮起始濃度為 500mg L 時(shí) 隨著 pH 的增大 N Mg 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 及 P 的殘余濃度均降低 去除率均增大 當(dāng) pH 11 時(shí) N 的去除率相對(duì)較 好為 80 62 N 的去除率雖然仍小于 P 及 Mg 的去除率 但相差程度已縮 小 如 pH 11 時(shí) N 的去除率為 80 62 P 的去除率為 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 殘余濃度 b 去除率 圖 3 2 氨氮起始濃度為 500mg L 時(shí) N Mg 及 P 的殘余濃度及去除率 3 氨氮起始濃度為 900mg L 按摩爾比 Mg2 NH4 PO43 1 1 1 投入 Na2HPO4 12H2O 和 MgCl2 6H2O 后 P 濃度為 1989 93mg L Mg2 濃度為 1562 mg L 經(jīng)化學(xué)沉淀后上清液中 N Mg 及 P 的濃度及去除率隨 pH 的變 化見圖 3 3 從圖中可以看出 氨氮起始濃度為 900mg L 時(shí) 隨著 pH 的增大 N Mg 及 P 的殘余濃度均降低 去除率均增大 當(dāng) pH 11 時(shí) N 的去除率可達(dá)到 89 59 N 和 P Mg 幾乎有相同的去除率 如 pH 10 時(shí) N 的去除率為 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 74 19 P 的去除率為 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 殘余濃度 b 去除率 圖 3 3 氨氮起始濃度為 900mg L 時(shí) N Mg 及 P 的殘余濃度及去除率 4 氨氮起始濃度為 1500mg L 按摩爾比 Mg2 NH4 PO43 1 1 1 投入 Na2HPO4 12H2O 和 MgCl2 6H2O 后 P 濃度為 3316 56mg L Mg2 濃度為 2603 34 mg L 經(jīng)化學(xué)沉淀后上清液中 N Mg 及 P 的濃度及去除率隨 pH 的變化見圖 3 4 從圖中可以看出 氨氮起始濃度為 1500mg L 時(shí) 隨著 pH 的增大 N Mg 及 P 的殘余濃度均降低 去除率均增大 當(dāng) pH 10 11 時(shí) N 的去除率分 別為 78 45 和 90 16 N 和 P Mg 仍然幾乎有相同的去除率 如 pH 11 時(shí) N 的去除率為 90 16 P 的去除率為 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 殘余濃度 b 去除率 圖 3 4 氨氮起始濃度為 1500mg L 時(shí) N Mg 及 P 的殘余濃度及去除率 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 5 氨氮起始濃度為 2500mg L 按摩爾比 Mg2 NH4 PO43 1 1 1 投 Na2HPO4 12H2O 和 MgCl2 6H2O 后 P 濃度為 5527 6 mg L Mg2 濃度為 4338 9 mg L 經(jīng)化學(xué)沉 淀后上清液中 N Mg 及 P 的濃度及去除率隨 pH 的變化見圖 3 5 從圖中可以看出 氨氮起始濃度為 2500mg L 時(shí) 隨著 PH 值的增大 N Mg 及 P 的殘余濃度均降低 去除率均增大 當(dāng) pH 9 11 時(shí) N 的去除率 分別為 83 12 91 5 和 94 69 已達(dá)到很高的去除率 但由于初始濃度的增加 各物質(zhì)的殘余濃度并沒有降到很低 如 pH 9 時(shí) N 的殘余濃度為 422mg L 其次 N 和 P Mg 仍然幾乎有相同的去除率 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 殘余濃度 b 去除率 圖 3 5 氨氮起始濃度為 2500mg L 時(shí) N Mg 及 P 的殘余濃度及去除率 由圖 3 1 到圖 3 5 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 可以看出以下規(guī)律 1 同一氨氮初始濃度條件下 隨著 pH 的上升 N Mg P 的殘余濃度呈下降 趨勢(shì) 去除率呈上升趨勢(shì) 在 pH10 11 范圍內(nèi) 各物質(zhì)殘余濃度最低 在純 水中 MgNH4PO4 s 的條件容度積在 pH 10 7 時(shí)達(dá)到極小值 因而 MgNH4PO4 s 在堿性溶液中沉淀更有利 pH 升高對(duì)氨氮去除有利可以從以 下兩個(gè)方面討論說明 首先 根據(jù)反應(yīng)方程式 1 1 化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù) KC 3 1 HPO NH Mg H 2 44 2 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 在恒溫條件下 KC為一個(gè)常數(shù) 當(dāng) pH 升高時(shí) H 濃度呈下降趨勢(shì) 平衡向右 移動(dòng) 也就是朝著生成 MgNH4PO4 s 的方向進(jìn)行 但為了保持 KC穩(wěn)定 Mg2 NH4 HPO42 必須降低 因而 Mg2 NH4 及 HPO42 去除率均有上升 趨勢(shì) 其次 根據(jù)水的離子積為常數(shù)的原理 可以看出 當(dāng)反應(yīng) pH 升高時(shí) 為 了維持水溶液中的離子積常數(shù)穩(wěn)定 升高的 OH 濃度必將導(dǎo)致 H 濃度的降低以 維持 KW的穩(wěn)定 因而反應(yīng)向著生成 H 的方向進(jìn)行 即朝著生成 MgNH4PO4 s 的方向進(jìn)行 因此 N Mg P 的去除率是呈上升趨勢(shì)的 2 氨氮起始濃度較低時(shí) 即濃度為 100mg L 500mg L 時(shí) 氨氮的去除率遠(yuǎn)比 溶解性磷酸鹽及鎂的去除率低得多 但是當(dāng)氨氮的初始濃度在 900mg L 以上的 時(shí)候 氨氮的去除率開始接近溶解性磷酸鹽及鎂的去除率 即溶解性磷酸鹽及 鎂的去除率高于氨氮的去除率 從原理上分析 按照化學(xué)反應(yīng)式 1 1 三者 應(yīng)該有相同的去除率 但實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)表明他們并不相同 并且可以看出隨著氨 氮初始濃度的增加 沉淀中 MgNH4PO4 s 的比例越高 實(shí)際上 在化學(xué)沉淀 法處理氨氮的同時(shí) 反應(yīng)過程是復(fù)雜的 因?yàn)樵谌芤褐谐朔磻?yīng) 1 1 外還有 其他反應(yīng)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 即在沉淀過程中除了生成 MgNH4PO4 s 之外 還存在 Mg3 PO4 2 S MgHPO4 S 和 Mg H2PO4 2 S 等晶體 它們的存在是和溶液的 pH 密切相 關(guān)的 3 4 存在于酸性條件下 3 3 存在于中性及堿性條件下 而 3 2 則存 在于強(qiáng)堿性條件下 也就是因?yàn)檫@些反應(yīng)的存在 導(dǎo)致溶解性磷酸鹽及鎂的去 除率高于氨氮的去除率 Stratful 25 等人對(duì)此進(jìn)行了探討 他們認(rèn)為沉淀的晶體 不全是 MgNH4PO4 s 還好有其它鹽類 它們可能包括 Mg3 PO4 2 S MgHPO4 S 和 Mg H2PO4 2 S 等 除此之外 他們還認(rèn)為沉淀中 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 MgNH4PO4所占比例是與氨氮初始濃度有關(guān)的 這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的 3 2 氨氮初始濃度對(duì)氨氮去除率的影響 為了進(jìn)一步了解氨氮初始濃度對(duì)氨氮去除率的影響 在固定 pH 條件下 對(duì)氨氮的初始濃度作圖 見圖 3 6 從圖中可以看出氨氮初始濃度對(duì)氨氮去除率有較大影響 在同一 pH 條件 下 隨著氨氮初始濃度的增加 去除率普遍有上升趨勢(shì) 在氨氮起始濃度較低 100mg L 500mg L 條件下 氨氮去除率較低 如氨氮起始濃度為 100mg L 時(shí)即使在 pH 11 時(shí) 去除率也僅僅達(dá)到 66 24 最低僅 22 16 在氨氮起始 濃度較高 900mg L 2500mg L 條件下 去除率相對(duì)較高 最高可達(dá)到 94 69 其次 在不同的 pH 值條件下 初始濃度對(duì)氨氮去除率的影響是不同的 在 pH 為 7 時(shí) 曲線的斜率較大 即去除率隨濃度的變化較明顯 而在 pH 為 8 9 10 11 時(shí) pH 的增長較緩慢 尤其在 pH 11 的高濃度段 曲線的斜率 幾乎為零 即去除率的變化不明顯 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 圖 3 6 不同 pH 條件下 氨氮初始濃度對(duì)氨氮的去除率影響曲線 3 3 配比對(duì)氨氮去除效果的影響 氨氮起始濃度分別為 100mg L 500mg L 900mg L 時(shí) N 的殘余濃度見圖 3 7 由圖中可知 隨著溶解性磷酸鹽 鎂對(duì)氨氮配比的變化 氨氮剩余濃度有 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 下降趨勢(shì) 根據(jù)溶液化學(xué)平衡理論 在一定溫度下 KC為一常數(shù) 也就是說 當(dāng) Mg2 及 HPO42 濃度不斷上升時(shí) 反應(yīng)向生成 MgNH4PO4的方向進(jìn)行 因而 氨氮剩余濃度有下降趨勢(shì) 除此之外 還可以用影響生成沉淀因素中的同離子 效應(yīng)和溶度積規(guī)則來解釋這個(gè)問題 當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后 加入 Mg2 及 HPO42 離子導(dǎo)致離子積大于 MgNH4PO4的 KSP 因而反應(yīng)會(huì)朝著生成沉淀的方向進(jìn)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 氨氮起始濃度分別為 100mg L b 氨氮起始濃度分別為 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 氨氮起始濃度分別為 900mg L 圖 3 7 氨氮?dú)堄酀舛入S配比的變化 氨氮起始濃度分別為 100mg L 500mg L 900mg L 時(shí) P 的殘余濃度見圖 3 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 8 由圖中可知 溶解性磷酸鹽的剩余濃度 隨著配比的升高 有上升趨勢(shì) 雖然隨著反應(yīng)向生成 MgNH4PO4的方向進(jìn)行時(shí) 溶解性磷酸鹽的去除率又提高 趨勢(shì) 但是同時(shí)溶解性磷酸鹽的初始 濃度也是升高的 因而其剩余濃度仍然 有上升趨勢(shì) 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 氨氮起始濃度分別為 100mg L b 氨氮起始濃度分別為 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 氨氮起始濃度分別為 900mg L 圖 3 8 總磷殘余濃度隨配比的變化 氨氮起始濃度分別為 100mg L 500mg L 900mg L 時(shí) N 的去除率見圖 3 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 9 由圖中可知 在氨氮初始濃度較低的條件下 提高配比 雖然氨氮去除率 比在相同氨氮濃度初始濃度下 配比為 1 1 1 時(shí)的氨氮去除率有所提高 但 去除效果的增加不夠明顯 如圖 b 所示 當(dāng)氨氮起始濃度為 500mg L 時(shí) 配比 由 1 1 1 變化到 1 1 4 1 4 氨氮去除率由 80 62 只增加到 85 5 同時(shí)溶 解性磷酸鹽的濃度也呈上升趨勢(shì) 所以改變配比效果不顯著 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 氨氮起始濃度分別為 100mg L b 氨氮起始濃度分別為 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 氨氮起始濃度分別為 900mg L 圖 3 9 氨氮去除率隨配比的變化 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 第 4 章 結(jié) 論 本實(shí)驗(yàn)采用磷酸鹽化學(xué)沉淀法處理氨氮模擬廢水 以廢水中的氨氮 P Mg 的殘留濃度為表征 考察了 pH 氨氮初始濃度 氨氮與溶解性磷酸鹽 及鎂三者之間的配比對(duì)氨氮去除效果的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 采用 MAP 化學(xué) 沉淀法對(duì)氨氮模擬廢水的去除效果是明顯的 1 在同一初始濃度下 隨著 pH 的上升 氨氮 P Mg 的殘余濃度都呈下降 趨勢(shì) 去除率都呈上升趨勢(shì) 在 pH 11 條件下達(dá)到最高 氨氮的去除率整體上 是隨著氨氮初始濃度的增加而升高的 隨著溶解性磷酸鹽及鎂對(duì)氨氮配比的增 加 氨氮的去除率呈略微上升趨勢(shì) 同時(shí)溶解性磷酸鹽的濃度也呈上升趨勢(shì) 所以改變配比效果不顯著 2 在摩爾比 Mg2 NH4 PO43 1 1 1 時(shí) 氨氮 P Mg 的去除率也不是一致 的 氨氮起始濃度較低時(shí) 氨氮的去除率遠(yuǎn)比 P Mg 的去除率低得多 但是當(dāng) 氨氮的初始濃度在 900mg L 以上的時(shí)候 氨氮的去除率開始接近溶解性磷酸鹽 及鎂的去除率 3 對(duì)于低濃度的氨氮廢水 去除率普遍相對(duì)較低 但殘余濃度也較低 對(duì)于 高濃度的氨氮廢水 去除率普遍相對(duì)較高 但殘余濃度也較高 所以 去除率 不是衡量處理效果的唯一指標(biāo) 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 參考文獻(xiàn) 1 國家環(huán)?？偩?中國環(huán)境狀況公報(bào) 1998 4 2 國家環(huán)?？偩?中國環(huán)境狀況公報(bào) 2000 4 3 劉天齊 環(huán)境保護(hù) 第二版 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