毕业论文-化学沉淀法处理氨氮废水

1、目录目录第第 1 章章 引引 言言 .21.1 氨氮废水的来源及危害.21.2 处理氨氮废水的国内外研究状况.21.2.1国内研究状况.21.2.2 国外研究状况.31.3 氨氮废水的处理现状.41.3.1物化法.41.3.2生化联合法.51.3.3新型生物脱氮法.51.4 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 .72.1 实验药品及仪器.72.1.1 实验药品，见表 2-1.72.1.2 实验仪器，见表 2-2.82.2 实验步骤.82.2.1pH 和初始浓度对氨氮去除效率的影响.82.2.2 配比对氨氮溶解性磷酸盐去除效果的影响.82.3 实验分析方法.82.4 标准

2、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 .113.1 PH 对不同初始浓度的氨氮废水处理效果的影响.113.2 氨氮初始浓度对氨氮去除率的影响。.153.3 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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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Mg2 + NH4+PO43 -2.5101

11、3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

12、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

13、电子受体直接被氧化成氮气的过程。ANAMMOX 的生化反应式为：NH4+NO2N2+2H2O （1-2）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

14、；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

15、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

16、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。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（Na2HPO

17、4.12H2O）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

18、）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+:P

19、O43-=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

20、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PO43Pmg/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

21、 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。0510152025300.000.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20 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0.000.020.040.060.080.100.00.10.20.30.40.50.60.70.80.9 Absorbance(A) Concentration

22、 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

23、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%。789101130405060708090100110120130140The rest concentration（ mg/L)pH N P Mg789101120304050607080Efficiency of removal（

24、%）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及 P 的残余浓度均降低, 去除率均增大，当 pH=11 时，N 的去除

25、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%。 7891011100150200250300350400450500550The rest concentration（mg/L）pH N P Mg 7891011405060708090Efficiency 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+:N

26、H4+: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74.19%，P 的去除率为 76.33%。7891011100200300400500600700800

27、900100011001200The rest concentration（mg/L）pH N P Mg7891011405060708090100Effciiency 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

28、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=1011 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%。789101120040060080010001200140016001800The rest concentration（mg/L）pH N P Mg7891011405060708090100Efficiency of removal（%）

29、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=911 时，N 的去

30、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。789101110020030040050060070080090010001100120013001400The rest concentration（mg/L）pH N P Mg78910117580859095Efficiency 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

31、 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 pH1011 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）HPONHMgH2442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 Mg

32、NH4PO4（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

33、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

34、（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。Stratful25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MgNH4PO4所占比例是与氨氮初始浓度有关的。这与实验结果

35、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/L500mg/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/L2500mg/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

36、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。050010001500200025002030405060708090100Efficiency 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

37、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

38、去除。1: 1: 11: 1.1: 1.11: 1.2: 1.21: 1.3: 1.31: 1.4: 1.422242628303234The rest concentration of ammonia nitrogen（mg/L)NH4+:PO43-:Mg2+1: 1: 11: 1.1: 1.11: 1.2: 1.21: 1.3: 1.31: 1.4: 1.4707580859095100The 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/

39、L1: 1: 11: 1.1: 1.11: 1.2: 1.21: 1.3: 1.31: 1.4: 1.4405060708090100The 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 3-8。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

40、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: 1.4405060708090100The 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: 1.4100200300400500600700The rest concentration of phosphate（mg/L）NH4+:PO43-:Mg2+（a）氨氮起始浓度分别为 100mg/L （

41、b）氨氮起始浓度分别为 500mg/L1: 1: 11: 1.1: 1.11: 1.2: 1.21: 1.3: 1.31: 1.4: 1.4020040060080010001200The rest concentration of phosphate（mg/L)NH4+:PO43-: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 3-9。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

42、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: 1.466687072747678Efficiency of ammonia nitrogen removal（%）NH4+:PO43-:Mg2+1: 1: 11: 1.1: 1.11: 1.2: 1.21: 1.3: 1.31: 1.4: 1.48081828

43、3848586Efficiency 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/L1：1：11：1.1：1.11：1.2：1.21：1.3：1.31：1.4：1.48990919293949596Efficiency 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

44、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

45、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。参考文献1 国家环保总局中国环境状况公报1998：42 国家环保总局中国环境状况公报2000：43 刘天齐环境保护第二版化学工业出版社2000：1084 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，1982：18295 章非娟生物脱氮技术中国环境科学出版社1992

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