环境科学毕业设计论文：投加海水的化学沉淀法在含氮磷污水中的应用.doc

1、 本科毕业论文 （ 20 届） 投加海水的化学沉淀法在含氮磷污水中的应用 所在学院 专业班级 环境科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业论文 目录 目录 摘要 . I Abstract .II 引言 . 1 1 试验装置与方法 . 4 1.1 材料 . 4 1.1.1 含氮磷污水 . 4 1.1.2 海水 .4 1.1.3 药剂 .4 1.2 设备仪器 . 4 1.2.1 ZR4-6 混凝试验搅拌机 . 4 1.2.2 便携式 pH 计 . 4 1.2.3 分光光度计 . 4 1.3 所测水质指标的定义及意义 . 4 1.3.1 总磷（ TP） . 4 1.3.2 氨

2、态氮（ NH4+-N） . 5 1.4 测定方法及依据 . 5 1.4.1 基本试验过程 . 5 1.4.2 无机磷测定原理及方法 . 5 1.4.3 铵的测定原理及方法 . 8 1.4.4 pH 值的测定原理及方法 . 10 1.4.5 工艺条件对脱氮除磷效果的影响 . 11 2 试验测定结果 . 12 2.1 pH 为变量的测定结果 . 12 2.2 反应时间为变量的测定结果 . 13 2.3 转速为变量的测定结果 . 14 本科毕业论文 目录 2.4 海水与污水混合比例为变量的测定结果 . 16 3 分析与讨论 . 18 3.1 初始 pH 的影响 . 18 3.2 反应时间的影响 .

3、18 3.3 搅拌机转速的影响 . 18 3.4 海水投加比例的影响 . 19 3.5 脱氮除磷效果分析及评价 . 19 3.5.1 处理效果 .19 3.5.2 污水排放标准 . 20 3.5.3 污水处理前后水质基本情况 . 21 3.6 处理成本估计分析 . 21 3.7 试验改进与提升 . 21 3.8 与其他脱氮除磷方法的试验数据对比 . 22 3.8.1 曝气辅助海水化学沉淀法 33 . 22 3.8.2 氨氮废水的化学沉淀法 34 . 23 3.8.3 微生物法 .23 4 脱氮除磷的新进展 . 24 4.1 新型絮凝剂的开发 . 24 4.2 化学法与生物法结合脱氮除磷 . 2

4、4 4.3 膜技术脱氮除磷 . 24 4.4 人工湿地脱氮除磷技术 . 25 5 结语 . 26 参考文献 . 27 附译文 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 本科毕业论文 中文摘要 I 投加海水的化学沉淀法在 含氮磷污水处理中的应用 摘要 通过化学沉淀法对含氮磷污水中的磷酸盐 (PO43-)和铵盐 (NH4+)的去除方法进行研究，将含有 Mg2+的与 Ca2+的海水加入到含氮磷的污水中，可使污水中的 PO43-和铵盐NH4+与海水中的金属离子发生化学沉淀反应，从而实现脱氮除磷的目的。结果表明，当水温为 14 ，体系 pH 值为 10.5， ZR-46 混凝试验搅拌机的

5、搅拌时间为 20min，搅拌转速为 160rpm，海水与污水配比为 4:10 时，污水中氨态氮 (NH4+-N)的平均去除率为37.5%，无机磷 (PO43-P)的平均去除率 为 95.8%。与不投加海水直接处理含氮磷污水相比，处理效果加强。此技术除磷效果显著，脱氮效果一般，成本相对较低，生成的沉淀物还可作为肥料，是一种比较好脱氮除磷方法，并且特别适用于沿海地区的污水处理厂。 与其他的脱氮除磷技术进行对比，参考数据。对该试验进行后续的改进以及完善。对脱氮除磷技术进展分析，化学脱氮除磷的发展方向将是开发新的化学药剂，将化学法与生物法相结合。综合性的脱氮除磷方向以人工湿地技术为主，综合了化学法、生

6、物法和吸附法的优势，并且在不影响环境景观的情况下，实现污水的净化。 关键词 化学 沉淀；海水；含氮磷污水；磷酸盐；鸟粪石 本科毕业论文 英文摘要 II Investment plus seawater chemical precipitation in the application of nitrogen and phosphorus wastewater treatment Abstract Through chemical precipitation of phosphate in wastewater containing nitrogen and phosphorus (PO43-)

7、 and ammonium (NH4+) removal method is used to add the seawate containing Mg2+ and Ca2+ to the sewage containing nitrogen and phosphorus ,and chemical precipitation reaction is produced between PO43- and NH4 + ammonium salt of the sewage and metal ions in seawater, in order to achieve the purpose of

8、 nitrogen and phosphorus removal. The results show that when the water temperature is 14 , system pH value of 10.5,and the testing time of ZR-46 mixer for mixing coagulation is 20min, stirring speed is 160rpm, Vsw:Vww is 4:10, the average removal rate of the effluent ammonia nitrogen (NH4+-N), was 3

9、7.5%, the average removal rate of inorganic phosphorus (PO43-P) was 95.8%.Comparing wih no voting plus seawater containing nitrogen and phosphorus in waste water directly, the treatment effect strengthened. This technique is a significant phosphorus removal, nitrogen removal in general, relatively l

10、ow cost, the resulting precipitate can be used as fertilizer, nitrogen and phosphorus removal is a better way, and especially for coastal areas, sewage treatment plant. Compare with other Nitrogen and phosphorus removal technology and refer to the datas. Then make the improvement of the follow-up te

11、sts and improve. Analyze the progress of nitrogen and phosphorus removal, chemical nitrogen and phosphorus removal will be the development direction of the development of new chemicals, the chemical and biological Combination. Wetland is technology-based of comprehensive direction of nitrogen and ph

12、osphorus removal, a combination of chemical, biological methods and the advantages of adsorption, and the landscape in the case of impact on the environment, the realization of sewage purification. Key words Chemical precipitation; seawater; wastewater containing nitrogen and phosphorus; phosphate;

13、struvite 本科毕业论文 引言 1 引言 随着改革开放，中国的经济呈现出线性的高速增长，变得越来越发达。但随着经济的高速增长，在人口比较集中的城市，尤其是中国沿海的一线城市中，大量的含氮、磷营养物质的生活污水被排入江河湖泊及水库，从而引起水体的富营养化。数据显示，我国主要湖泊中处于氮磷污染而导致富营养化的占统计湖泊的 50%以上 1。因此说明氮磷营养盐是造成水体富营养化的主要化合物。水体的富营养化，将增加水体营养物质的负荷，会引起藻类及浮游生物的大量且迅速地繁殖，从而引发水中溶解氧含量的降 低，鱼类及其他生物的大量死亡，水质的恶化等一系列的危害。过量的磷会严重危害海洋环境，能够引起赤潮

14、2-3。 2001年我国因为赤潮带来的经济损失超过 100亿元。因此急切的需要一种经济有效的方法，来进行脱氮除磷，使含氮磷污水达到污水综合排放标准的要求。 生活污水中的铵氮主要来源于人与动物的主要来源于人和动物的排泄物，生活污水中平均含氮量每人每年可达 2.5 4.5公斤。其在水中存在的形式主要以氨或者铵离子形式存在的化合氨。生活污水的磷主要来源于人和动物的排泄物，日常使用的洗涤剂和洗衣粉，添加磷的化肥和农 药以及磷化等工业废水。其存在的形态有 正磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷 ,其中以正磷酸盐和聚磷酸盐占绝大多数 , 磷可以在有机磷和无机磷、可溶性磷和不可溶性磷之间相互转换 , 但价态不会发生变化

15、 4。虽然氮磷营养盐同是造成水体富营养化的主要化合物，但磷则是两种元素中最关键的元素。因为尽管氮和磷虽然同样作为生物的重要营养物质，但是藻类等生物对磷更为敏感，而形成大片面积赤潮的主体主要是藻类等生物。当水体中磷处于低浓度时，即使氮浓度能满足藻类等生物的营养需要，其繁殖能力也会大受遏制。水体中的氮不足，往往可以由许多的固氮的微生 物来对水体进行补充，而磷却不行，其必须由外界向水体提供。从上述表述很显然的可以看出，为了有效地控制水体的富营养化，控制水体中的磷含量 , 比控制氮含量更有实际意义 5。 70年代以来，世界上许多国家相继颁布了限磷、禁磷的法律，瑞士是水环境控磷最有成效的国家之一，于 1

16、986年通过国家立法，成为了世界上第一个在洗衣粉中禁止添加磷的国家。由于污水中的氮磷主要来源于人与动物的排泄物，由日常洗涤剂所产生的磷含量不超过总磷含量的 20%。这就意味着，即使禁止所有含磷的洗涤剂，也只能减少20%氮磷污染问题，并不能从根本 上解决全球面临的水体富营养化的重大环境问题 6。本科毕业论文 引言 2 时至今日，世界各地仍然发生着大大小小的由水体富营养化所生成的赤潮。因此，世界各国在禁磷的问题上仍然存在着较大的分歧和争议，产生分歧与争议主要针对两个大方向，即禁磷和控磷，此处的禁磷主要指禁止使用含磷类助洗剂，控磷主要指如何有效解决含磷助洗剂对水体产生的污染。不过，无论是禁磷还是控磷

17、，其最终目的都是为了减少磷污染。 发达国家对于脱氮除磷的研究和生产应用已经有 30多年的历史，我国在这方面的研究始于 20世纪 80年代初。 污水脱氮除磷主要是通过把污水中的磷酸盐与氨 氮转变为固体颗粒从污水中除去。这些固体颗粒可以是不溶解的磷酸盐与铵盐沉淀；或者是活性污泥中的微生物固体，也可以是人工湿地的植物组分 7。污水脱氮除磷的方法有很多种。 目前，国内外污水脱氮除磷技术应用最广泛的是生物法和化学法，其次为吸附法和离子交换法等 8-10。除了上述几种常用的除氮磷方法外，还有土壤处理、电解法、喷雾干燥等处理生活污水的方法。 生物法除磷是通过活性污泥中的聚磷菌吸收利用废水中的磷酸盐，而使其从

18、水中脱除，这种方法虽然运行成本较低，但处理速度较慢，特别是对含高浓度磷酸盐废水的处理效果不佳 10-11。生物法中的水生物法是利用水生物吸收氮、磷元素进行代谢这一自然 过程去除水体中的营养物质。不过其最大缺点就是具有局限性，对水质环境要求比较的苛刻。微生物法存在着 3个自身无法解决的突出问题：活性污泥沉降性、生化反应速率和剩余污泥的处置费用较高 12-13。因此其只能与其他方法相结合使用，才能达到最佳的脱氮除磷效果。吸附法和离子交换法因两种方法存在处理成本较高的缺点，在实际的应用上也有一定的局限性。电解法相对于其他的废水处理方法，装置简单并且控制容易，如今交流、直流电解处理废水技术已经工业化，

19、电解法常 常采用铜、铁、铝等材料做电极，以去除污水中的物质。但电解法因需要消耗大量的电极材料，因此运行费用和处理成本较高。在实际应用上也有一定的局限性。 化学沉淀法作为污水脱氮除磷技术，近年来在国内外受到了广泛的重视 14-15。化学脱氮除磷是指通过向污水中投加无机金属盐药剂与污水中溶解性的磷酸盐和铵盐混合反应后，形成颗粒状白色的非溶解性的物质，然后通过固液分离从污水中去除氮和磷。氮磷的化学沉淀分为 4个步骤 16：沉淀反应、凝聚作用、絮凝作用和固液分离。化学脱氮除磷的药剂主要有铝盐法，铁盐法，石灰法和镁盐法。 本试验采用的化学沉淀法是利用含有钙、镁等的金属盐与污水中的 PO43-和 NH4+

20、，在碱性条件下发生化学沉淀法应，生成不溶于水的化合物，再通过分离从而达到脱氮除磷的目的。海水作为地球上最丰富的水资源，其中富含大量的 Mg2+和 Ca2+，可与 PO43-和 NH4+发生以下反应，生成磷酸铵镁（俗称鸟粪石，简称 MAP）、羟基磷酸钙（ HAP）、磷酸镁（ MP）等沉淀物： 本科毕业论文 引言 3 Mg2+ PO43-+ NH4+6H2OMgNH4PO46H2O 5Ca2+3PO43-+OH-Ca5(OH)(PO4)3 3Mg2 + + 2PO43-Mg3 (PO4) 2 MAP17，是 MgNH4PO4（ Magnesioum ammonium phosphate,磷酸铵镁）

21、的简称，它常常以 6 各结晶水的形式存在，即 MgNH4PO46H2O，白色结晶粉末，相对密度 1.71，相对分子质量为 245.41，微溶于冷水，溶于热水和稀酸，不溶于乙醇，遇碱溶液分解，在 100 时失水变成无水盐，加热至熔化分解为焦磷酸镁，在工业上由镁盐溶液和磷酸盐溶液互相作用而得，可用作分析试剂、肥料或制药原料。 MgNH4PO46H2O 的溶度积常数 ksp =2.510-13。其晶体为菱形或斜方形，硬度为 2。向含氮磷的生活污水中加入镁离子就会生成 MAP 沉淀。 国内外对海水的化学沉淀法除氮磷已经有了一些研究，证实了该处理技术对磷的处理效果显著，操作简单，去除率高，并能去除氮，且

22、结果稳定，不会重新放氮磷而导致二次污染，所生成的沉淀物可以用作肥料，且成本较低。因此，采用这种方法可以实现环境与经济的可持续发展。 本实验研究，采用海水作为金属离子 Mg2+、 Ga2+的来源，在经过条件系数优化的基础上，根据处理效果来评价该工艺技术的脱氮除磷效果。 本科毕业论文 试验装置与方法 4 1 试验装置与 方法 1.1 材料 1.1.1 含氮磷污水 用自来水作为水源，加入一定量的 NH4Cl 和 NaH2PO43 配置成氨氮质量浓度280mg/L 与磷质量浓度为 90mg/L 的溶液作为模拟水样。经过充分搅拌，实际测值NH4+-N 浓度为 286.91mg/L， PO43-P 浓度为

23、 93.24mg/L。 1.1.2 海水 使用天然海水提取而成的海水晶与自来水进行一定比例的混合，配置成理论盐度为30 的人工海水，经充分搅拌与静止，实际测值盐度为 26.3。 1.1.3 药剂 NH4Cl、 NaOH、 NaH2PO42H2O 所用化学试剂均为分析纯 1.2 设备仪器 1.2.1 ZR4-6 混凝试验 搅拌机 全中文液晶显示，可进行时间，转速的调节，能同时运行 6 租不同程序，自动加药，实际水温测定。用于海水与含氮磷污水配比而成的混合液搅拌。 1.2.2 便携式 pH 计 1.2.3 分光光度计 1.3 所测水质指标的定义及意义 1.3.1 总磷（ TP） 总磷 是指总含磷污

24、染量， 是水样经消解后将各种形态的磷转变成正磷酸盐后测定的结果，以每升水样含磷毫克数计量 18。水中磷可以 以 元素磷、正磷酸盐、缩合硫酸盐、焦磷酸盐、偏磷酸盐和有机团结合的磷酸盐等形式存在 19。其主要来源为生活污水、化肥、有机磷农药及近代洗涤剂所用的磷酸盐增洁剂等 20。磷酸盐会干 扰水厂中的混凝过程。水体中的磷是藻类生长需要的一种关键元素，过量本科毕业论文 试验装置与方法 5 磷是造成水体污秽异臭，使湖泊发生富营养化和海湾出现赤潮的主要原因 21。 1.3.2 氨态氮（ NH4+-N） 氨态氮是由 微生物 分解 土壤 中含有动植物 遗骸 和 排泄物 的 蛋白质 与 尿酸 、 尿素 等做出

25、的 氮源 22。氨态氮是水相环境中 氮 的主要形态，是 水体 富营养化和 环境污染 的一种重要 污染物 23。 1.4 测定方法及依据 1.4.1 基本试验过程 先将 ZR4-6 混凝试验搅拌机开机预热 15 分钟，用一个装好冷水的烧杯放在液晶显示 器边上，将感温棒放入烧杯中，测定室温下的水温。将配置好的污水与海水先按一定比例混合，待充分混合均匀后，向 6 个搅拌机专用的有机玻璃圆形烧杯（ 1L）中倒入定量混合液。根据所需研究条件，每测定一大组，调节不同 pH 值，设定 6 组程序，分别编写成不同的转速与搅拌时间，根据需求选择同步运行或者独立运行。 同步运行 是 所有搅拌头按同一个程序运行。

26、独立运行 则 可 以 同时运行六种不同的程序 ， 可以大大减少实验次数 ， 也可对比不同搅拌工艺对混凝结果的影响。 最后静置溶液，吸取上清液分析测定氮磷的回收率。 试验过程中，各项指标均按照国家环 保局水和废水监测分析方法规定的方法 24（表 1.1）进行测定： pH 采用 pH 计法；无机磷 (PO43-P)的测定采用钼酸铵分光光度法；氨氮 (NH4+-N)的测定采用纳氏试剂分光光度法；海水盐度的测定采用盐度计法。 表 1.1 水质监测方法 Table 1.1 The methods of survey about water quality 指 标 监测方法 PH值 PH计法 盐度 盐度计法 铵氮 纳氏试剂比色法 无机磷 钼酸铵分光光度法 1.4.2 无机磷测定原理及方法 本试验采用钼酸铵分光光度法，本标准适用于地表水、污水和工业废水。 1.4.2.1 原理 在酸性介质中，正磷酸盐与钼酸铵反应，在锑盐存在下生成磷钼杂多酸后，立即被抗坏血酸还原，生成蓝色的络合物