1、 本科毕业论文 （ 20 届） 海水淡化浓液沉淀回收污水中氮磷的研究 所在学院 专业班级 海洋科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目录 摘要 Abstract. II 引言 . 1 1 绪论 . 3 1.1 课题背景 . 3 1.1.2 水体中氮、磷来源 . 3 1.1.3 氮、磷污染物的危害及水 体富营养化 . 4 1.2 国内外高氮、磷废水处理技术及发展趋势 . 5 1.2.1 高浓度氨氮废水处理技术综述 . 5 1.2.2 磷回收 . 7 2 材料与方法 .11 2.1 MAP法的基本原理 .11 2.1.1 人工海水的配制 .11 2.1.2 废水的配制 .11 2
2、.2 实验分析方法 . 12 2.2.1 NH4+ N 的测定方法：纳氏试剂比色法 . 12 2.2.2 磷的测定方法 :钼酸盐分光光度法 . 14 2.2.3 测定 . 15 2.2.4 计算方法 . 17 3 实验结果与分析 . 18 3.1 pH 对氮磷回收的影响 . 18 3.2 反应时间对氮磷回收的影响 . 20 3.3 转速对氮磷回收的影响 . 22 3.4 海水与污水的不同配比对氮磷回收的影响 . 24 参考文献 . 28 附译文 . 30 致谢 . 错误 !未定义书签。 I 摘要 水的富营养化是指水中的氮磷等营养物质含量过高引起藻类及浮游生物大量的繁殖，消耗了水中的 溶解氧，导
3、致水色变浑浊，水质恶化。高浓度氨 氮 会抑制微生物生长，毒害微生物。所以在用生化的方法处理废水之前，必须用其它方法先处理废水，降低氨氮的浓度 。化学沉淀法是近年比较流行的新的去处高浓度氨 氮 的方法 ,回收利用率高 , 尤其是磷酸铵镁 (MAP)沉淀法去除 废水 中的氮磷人们进行了大量研究。海水中含有大量的化学沉淀法所需的金属离子，只要设置好有利的条件，就能很好的吸收氮磷。而且所生成产物是一种良好的肥料，利用 价值高。用海水回收污水中的氮磷是一项很值得研究的工艺。 通过实验室的一系列实验表明，用海水化学沉淀法处理含氮磷废水具有很好的效果。而且生成物 MAP 还具有多种用途。回收氮磷的最优条件是
4、 pH 为 10.5，反应时间是 15min，废水与浓缩海水的最佳比例是 3： 1。在该条件下，氨氮的回收率是 50%，磷的回收率可达 98%。反应后所得的化学沉淀物具有良好的肥效，能够大幅度地促进油菜生长，对油菜的株高、重量以及叶绿素含量等均有明显提高作用。 关键词 浓缩海水；污水；沉淀；磷酸铵镁； II Abstract Refers to the water eutrophication of water content of nitrogen and phosphorus nutrients caused such high algae and plankton lots of bre
5、eding, consumes the water dissolved oxygen, cause color change turbidity, water quality deterioration.High concentrations of ammonia nitrogen can inhibit microbes growth, poisoned microorganisms.So in processing wastewater by the biochemical method with other methods, before must first wastewater, r
6、educe the concentration of ammonia nitrogen. Chemical precipitation is relatively popular new place in recent years, the method of high concentration of ammonia nitrogen, especially high recycling LinSuanAn magnesium (MAP) precipitation nitrogen and phosphorus removal people waste water in a large a
7、mount of research. Seawater needed to contain large amounts of chemical precipitation of metal ions, as long as the setup advantageous condition, can good absorption nitrogen phosphorus. And generated product is a kind of good fertilizer, using the high value. The recycled effluent with seawater nit
8、rogen and phosphorus is a very worth studying in the process. Through a series of experiments show that laboratory with the chemistry of the water precipitation processing nitrogen phosphorus wastewater has very good effect. And still has many USES icosahedral MAP. Recycling the optimal conditions o
9、f nitrogen and phosphorus is pH 10.5, the reaction time is 15min, wastewater and concentrated seawater is the best proportion 3-1. In this condition, ammonia nitrogen, phosphorus recovery is 50% recovery reaches 98%. After the chemical reaction from sediment has good effectiveness, can greatly promo
10、te the growth of rape, rapeseed, plant height, weight and chlorophyll content and so on, are obviously improve role. Key words Sediment； Seawater； Sewage； Magnesium ammonium phosphate1 引言 目前，环境问题已经上升为全球问题，并成为衡量一个国家或 地区可持续发展程度的重要指标。在环境问题中最为突出的是水污染问题。我国水资源人均占有量约2500m3，仅为世界人均占有量的 1/4。随着我国国民经济的不断发展以及工、农
11、业经济体系的不断完善，环境污染问题已日益成为人们关注的焦点。在经济发展与生态环境的冲突中，人们越来越受到自然环境的警告。 水质指标中氨氮是引起水体富营养化和环境污染的一种重要污染物，特别是高浓度氨氮废水对水体的污染更加严重，据国家环境监测报告，我国 528 条河流中，有 85受到不同程度的氨氮污染。氨氮对水体和人体具有一定的危害。排入水体后， 它能使水失去自净化能力。氨氮进入人体而合成亚硝基化合物，会诱发癌变，饮用水中氨氮含量过高时能引起胃肠障碍及地方性疾病的产生，因此必须探求经济高效的方法来控制氨氮废水的污染。治理水污染和实现污水资源化是解决这一问题的根本原则。国家环境科技发展“十五”目标指
12、出，要针对已出现的和将要出现的重大生态和环境问题开展科研攻关。目前许多国家和地区制定了严格的氮化物排放标准，废水脱氮作为水处理领域的热点和难点问题正日益受到全球专家和学者的关注。如何寻找一种较为廉价的废水净化材料，降低污染水处理成本，提高净化效率，是当前环保 工作者面临的重大课题。 水中氮磷含量过高造成最主要的影响是水体的富营养化。水体富营养化是指在光照和其他适宜环境条件情况下，水中含有的植物性营养元素氮、磷使水体中的藻类过量生长，在随后的藻类植物的死亡以及异样微生物的代谢活动中，水体中的溶解氧逐步耗尽，造成水体质量恶化、水生态环境机构破坏。 在富营养化的水环境中，由于表层有密集的藻类，阳光难
13、以透射进入水体深层，同时阳光在穿射水体的过程中，被藻类吸收而衰减，使得深层水体的光合作用明显受到限制或者减弱，溶解氧的来源越来越少。其次，藻类死亡后向湖底沉积，腐烂分解，消 耗大量溶解氧，严重时可能使深层水体处于缺氧状态，造成水体富营养化的恶性循环。 处于富营养化的水体出现藻类，特别是蓝藻的过度繁殖，使水体产生霉味和臭味。这种腥臭由空气扩散，直接影响人们的生活工作，同时腥臭味使水体难闻，降低了水质；富营养化对水体的另一个重要影响是许多藻类能分泌、释放有毒有害物质，危害动植物；藻类的旺盛繁殖还容易堵塞水厂的滤池；富营养水体在一定条件下厌氧反应产生硫化氢、甲烷和氨气等有毒有害气体。 2 大多数水体
14、富营养化实质上是水体生态系统受污染造成，而藻类生长的控制因素是氮和磷，水体中氮、磷 营养盐物质的增加是造成藻类植物过度生长的主要原因。 整治水的富营养化污染迫在眉睫，目前，专门针对治理污水氮磷污染的方法很多，有物化，生化等。近几年，化学沉淀法越来越受人关注。 中国是一个海洋大国，海岸线长，海域面积宽广，海洋资源丰富。海水中富含各种金属离子，可以与污水中的氮磷生成个种沉淀。这种沉淀物还是一种很好的肥料，这样达到了处理和回收氮磷的双重功效。1 绪论 1.1 课题背景 1.1.1 水体中氮、磷来源 排入水体的氮、磷营养物的来源是多方面的，包括自然过程和人类活动。但是真正引起水体内氮、磷污染而导致水体
15、富营养化的 原因主要还是人类活动。 1.1.1.1 氮元素的来源 1）自然来源 a.大气降水降尘：其中包括了闪电和火山活动产生的氮氧化物，动植物残体腐败释放进入大气中的氮以及其它含氮物质。 b.非市区径流：未施用肥料的非城市径流区，其含氮量与地表侵蚀程度和降尘降水情况有关。 c.生物固氮：地面水体中的蓝绿藻和固氮细菌的光合作用产生的含氮有机物。 2）人为来源 a.处理或未处理过的城市和工业废水。 b.大气沉降：主要源于工业废气，烟尘排放以及农业施肥导致的氨氮溢出，它们通过降雨或降尘的途径进入水环境。 c.地表径流：包括农业面源污染以及城 市雨水径流污染。 d.浸滤液：氨氮过高的污染物在堆积时，
16、由于微生物的腐解，产生高氮的废水，如垃圾浸滤液，它们通过土壤渗漏进入地下水，也可以渗出进入地表水，对水环境产生极大的污染。 1.1.1.2 磷元素的来源 1）自然来源 a.磷的有效化：矿石中的磷由于微生物的分解作用转为可溶性磷以及动植物残体腐败后产生的磷均有可能进入地下水体。 b.非市区径流：在岩石圈，由于雨水的侵蚀，河流的冲击，导致岩石中磷的分化，进入水中。 2)人为来源 a.处理或未处理过的生活和工业废水：其中以含磷洗涤剂的使用和人类活动的排泄物为主。一般来说，生 活和工业废水的含磷量变化幅度均较大，这也给污水处理厂的正4 常运行带来一定的不便。 b.地表径流：包括农业面源污染 (农药，化
17、肥和动物粪便为主 )以及城市雨水径流污染。 1.1.2 氮、磷污染物的危害及水体富营养化 1.1.2.1 氨氮污染物的危害 废水中的氨氮浓度含量高低是衡量废水新鲜程度的指标之一，氨氮废水一般具有有机物浓度高、有毒、组分复杂、有刺激性气味等特点。其它危害有： 1） 消耗水中的溶解氧：水中氨氮含量过高，会导致水中藻类等浮游生物大量繁殖，消耗掉水中的溶解氧，藻类死亡之后需微生物分解，分解过程中也消耗大量的溶解氧。同时，氨氮被硝化细 菌氧化生成硝酸盐的过程中需要大量的氧。 2） 降低水的消毒效率：氨氮会与氯气作用生成氯胺，降低了水中氯气的量，导致水的消毒率。 3） 氨氮影响工业废水的循环：氨氮能够腐蚀
18、金属物质；污水中氨氮过高，运输的管道内，微生物大量繁殖，造成堵塞 4） 对人体的危害：氨氮在水中微生物作用下转变为硝态氮和亚硝态氮，对人体有毒害作用。硝态氮进入人体后，能通过酶系统还原为亚硝态氮，轻则引起高铁血红蛋白病，重则使婴儿死亡。硝态氮和亚硝态氮均为强化学致癌物质亚硝基化合物的前体物质，有致癌、致突变、致畸的性质，直接威胁着人类的健康。世界卫生组 织 (WHO)颁布的饮用水水质标准规定，硝态氮的最大允许浓度为 10mg/L。 1.1.2.2 磷污染物的危害 一般认为水体中磷的浓度超过 0.02mg/L，水体就处于富营养化状态，造成水生生物大量繁殖，水体缺氧，藻类、鱼类等生物大量死亡，水体
19、发黑发臭。此时水体就失去了渔业、旅游业价值，也不再适合作为水源供水。此外，磷会在污泥消化液输送管线内生成磷酸钱镁，从而使得管径减小，严重影响了污水处理厂的正常运行。 1.1.2.3 水体的富营养化 富营养化是指富含氮磷和其他植物营养素的水在光照和其它环境条件适宜的情况下促使藻类过量生长，随后藻类死亡并伴随 着异养微生物的代谢，于是水体中的溶解氧很快被耗尽，造成水体质量恶化和水生态环境结构破坏，这就是所谓的水体富营养化。 富营养化水体不仅影响水体的使用功能，而且危害人类健康，通常被认为是 劣质水体 它对环境的影响主要体现在： 5 1）富营养化水体中过度繁殖的藻类使水产生霉味和臭味，降低了水的质量
20、。 2）富营养化水体中大量生长繁殖的蓝，绿藻在水体表面形成一层绿色浮渣，使水 质变得浑浊，降低了透明度。 3）富营养化降低了水中的溶解氧。 4） 富营养化水体中许多藻类能够分泌，释放有毒有害物质，使水的品质下降。 5） 富营养化 使水体的正常的生态平衡被破坏，降低了谁的多样性。 1.2 国内外高氮、磷废水处理技术及发展趋势 1.2.1 高浓度氨氮废水处理技术综述 1.2.1.1 物化法处理高浓度氨氮废水 1 吹脱法 蒸汽吹脱法常用于处理炼钢、石油化工、化肥、有色金属冶炼等行业含有很高浓度的氨的废水。经吹脱处理可回收到浓度达 30%以上的氨水。 胡允良 1等采用吹脱法处理某制药厂在生产乙胺碘吠酮
21、时产生的高浓度氨氮废水（ NH4+-N72007500mg/L），当 pH 为 1013 之间，温度为 3050时，氨氮吹脱效率为 70.399.3%，最佳吹脱条件下 pH 值为 11， T=40，吹脱时间为 2h，平均吹脱效果为 96%，吹脱后的废水进入生化处理系统进行处理。 刘文龙 2等对催化剂生产过程中产生的高浓度硫酸铵废水采用吹脱法进行试验研究。可使废水中氨氮从 4300mg/L 降低至 60mg/L 以下，废水中氨氮脱除率可达99.2%。经吹脱处理后的废水再进入生化系统进一步处理，可以达到国家一级排放标准15mg/L。 倪佩兰 3等对垃圾渗滤液中的氨氮作了吹脱性能的分析探讨，结论是吹
22、脱时 pH 值控制在 10.511.0，气液比控制在 2500 左右，水温在 1025。吹脱效率为 7080%，水温 为 300时，吹脱率可达 90%以上。 1.2.1.2 化学沉淀法 采用化学沉淀法处理高浓度氨氮废水，可以回收其中的氨，生成的磷酸铰镁沉淀是一种很好的复合肥缓释剂。 化学沉淀法应用于废水处理，从 20 世纪六七十年代就已经开始。 1977 年日本KenichiEbata 等人在氨氮废水中投入 Mg2+和 PO43-，使之与 NH4+生成难溶复盐MgNH4PO4 12H2O，通过 MAP 去除废水中的 NH4+。其后日本 HiroshiOno 等把该方6 法用于处理含氟的氨氮废水
23、，投加 Na2HPO4 和 Mg(NO3)2，氨氮浓度可从 253mg/L 降到l0mg/L 以下。 从八十年代开始，化学沉淀法的研究进入一个新的研究阶段。 1984 年， Andrezej等研究从含 NH4+、 PO43-废水中沉淀 MAP 的方法。研究出最适合产生磷酸铵镁的条件。 pH 为 10.5，摩尔配比 Mg2+:NH4+:PO43-为 1.2:1:1。 Shin 等对 100mg/L 左右的氮磷废水做了研究，发现用海水作为镁原去除氨氮的最佳 pH 值，最佳沉淀时间，及氨氮去除率只有 52%，而磷的去除率为 95%。 Stratful等实验得出镁离子对 MAP 的形成有很大的关系，如
24、果镁离子不足，氨氮在110mg/L 以下不 会形成大量的 MAP 沉淀。沉淀物 MAP 可用于苗圃施肥或缓释肥料。 1.2.1.3 膜分离法 1986 年黎念之发现乳状液膜，液膜法得到了广泛的研究，液膜分离法适用于低浓度金属离子提纯以及废水处理等过程，有可能成为继萃取法后的第二代分离纯化技术。 李可彬 6等研究了用乳状液膜法去除废水中的氨氮污染。选择了液膜体系，考察了各种因素对氨氮去除率的影响。结果表明 :由表面活性剂、民用煤油及膜增强剂组成的膜相，稀硫酸的质量分数为 10%的内相组成的液膜体系，当乳水比 Rew=l:10、接触时间为 8min 时，处理后的废水符合污水综合排放标准中 一级标准
25、。 许国强 7用液膜法处理高浓度氨氮废水，进水氨氮质量浓度 500mg/L，出水氨氮质量浓度小于 15mg/L，无二次污染。 李权等针对含有甲醇的稀氨水 (含氨 30g/L 左右 )，用中空纤维气态膜法回收硝酸按，发现甲醇对回收氨及制取硝酸钱的过程无影响，用硝酸和硝酸按混合溶液作为吸收剂是有效的，可以获得 400g/L 左右的硝酸按溶液，在脱氨的过程中有少量甲醇透过膜进入吸氨液，在蒸发去水分达 25%时甲醇全部脱出，对制取硝酸钱的过程无不利影响。聚丙烯中空纤维在料液中长期浸泡物理性能保持稳定。 现在，膜分离工艺的难 点在于防止膜的渗漏。为了保证较高的通量，一般的微孔膜的膜厚都比较薄，膜两侧的水相在压差的作用下很容易发生渗漏。因此，如何在保证氨氮传质通量的情况下有效防止膜的渗漏是膜吸收工艺研究的重要内容。 1.2.1.4 生物法处理高浓度氨氮废水 近 30 年来，废水生物脱氮技术取得了飞速的发展，并己在生产实践中得到广泛应用。其中 A/O 生物脱氮技术处理焦化废水，对 COD 和 NH3 一 N 的去除率分别可达96%和 99%，在好氧池后加一混凝沉淀处理，可进一步使 COD 浓度降低 20%左右。 用 A2/O 法处理焦化废水， COD 的去除率达到 93%， NH3-N 的 去除率达到 98%，
