论文总字数：14024字

摘 要

本实验以模拟氨氮废水为研究对象，通过改变不同试验参数，来研究废水中氨氮的去除效果，并确定氨氮去除的最佳条件。通过控制温度，C/N比，ph和水力停留时间四个反应条件来研究氨氮去除的变化趋势。从而确定氨氮废去除的最佳条件。根据实验得出结论：当温度21℃，C/N=2:1,pH8.0,水力停留时间为24h的条件下，氨氮去除率最高。

关键词：

氨氮废水 温度 C/N比率 ph 水力停留时间 氨氮硝化

Ammonia nitrogen wastewater by aerobic activated sludge process

Abstract

In this experiment, ammonia wastewater simulation for the study, various tests by varying parameters to study the removal of ammonia nitrogen in waste water, as well as to determine the optimal conditions for ammonia removal. By controlling the temperature, C / N ratio, ph and HRT four reaction conditions to study the trends of ammonia removal. To determine the optimal conditions for the removal of ammonia nitrogen waste. According to the experiment concluded that: When the temperature is 21 ℃, C / N = 2: 1, ph=8.0, HRT 24h ,it is best condition for ammonia nitrogen removal.

Key words:

Ammonia wastewater ; Temperature; C / N ; pH; HRT; Ammonia nitrification

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 氨氮废水介绍 1

1.2 高浓度工业氨氮废水的处理方法 1

1.2.1 物化法 1

1.2.2 传统生物处理法 3

1.2.3 新型生物处理技术 4

1.3.低浓度工业氨氮废水的处理方法 5

1.3.1 物化法 5

1.3.2 生物法 6

1.3.3 改进 SBR 6

1.4 活性污泥法基本原理 7

1.5 活性污泥法的发展趋势 7

第二章 实验部分 8

2.1 主要仪器和试剂 8

2.2试验内容 8

第三章 实验结果与分析 10

3.1温度对氨氮去除率的影响 10

3.2 C/N对氨氮去除率的影响 10

3.3 PH对氨氮去除率的影响 11

3.4水力停留时间对氨氮去除率的影响 12

3.5 COD的去除率 13

第四章 结论与展望 15

参考文献 16

致谢 19

第一章 文献综述

1.1 氨氮废水介绍

随着国内经济的日益迅猛提高，人们的生活状况也得到了改善。制造业如石油、化工等行业也得到了飞速的生长，而因此产生的高浓度氨氮废水却成为了限制行业成长的重要因素之一；根据资料：2001年，在我国海域地区发生了高达77次的赤潮^[1]，而罪魁祸首的污染源之一就是氨氮。氨氮废水的存在条件要以氨水和无机氨共同存在形成的，而中性或碱性的氨氮废水的大多数是由无机氨和氨水共同反应的结果，但是呈酸性的氨氮废水中的氨氮则只是无机氨构成的。在废水中氨氮主要由两种物质构成：氨水形成的和另外一种由无机氨所构成的，例如硫酸铵，氯化铵等^[2]。氮是造成水体富营养化和环境污染的重要污染物质,而氨也是目前生产数量的最大的无机化合物之一，大批氮则被用于化肥原料。氨氮污染的来源大多数在化工废水、化肥废水、焦化废水、味精废水、垃圾渗滤液、养殖废水等这类废水中。正常情况下,对生活污水和食品加工厂废水等低浓度氨氮废水,主要采用生化法处理,对于大多数中等浓度氨氮的工业废水,根据废水实际情况和处理要求,则可以选择生物硝化法或物理方法处理。

1.2 高浓度工业氨氮废水的处理方法

1.2.1 物化法

1.2.1.1 化学沉淀法

化学沉淀法是在含有氨氮的废水中加入有镁离子和磷酸根离子的药剂,与废水中的氨离子反应后生成MgNH₄PO₄•6H₂O复合盐沉淀，然在去除氨氮的同时,还得到了许多农作物所需要的肥料MgNH₄PO₄•6H₂O,而且也可去除废水中的磷,它是一种不浪费、经济可行、充分利用资源的方法。这种方法处理氨氮的思路和效果都比较好，工艺相对比较简单,没有温度限制以及毒物的干扰，非常适用于高浓度氨氮废水的处理。氨离子的一些复盐难以溶解于H₂O。利用这些复盐可以从水中分离去除和复盐形成沉淀的氨氮。梁建华等^[3]人研究了用此法去处理废水样品,他们采用的沉淀剂用了六水氯化镁和十二水磷酸氢纳发现去除率高达99%。罗领先等^[4]用1520mg/L浓度的模拟高浓度氨氮废水为实验用水,进行温度对反应速率影响的研究,并结合动力学条件对该反应pH的影响进行了探讨。根据实验结果表示,温度对化学沉淀法并没有显著的影响,但是pH值的影响却很显著,普遍规定实验的pH值限制在8～10之间,那么去除效率可以达到93%以上。

1.2.1.2 吹脱法

吹脱法是现阶段处理高浓度氨氮废水比较普遍的方法,其优点是吹脱出来的氨可以回收，是一种环保绿色的方法。吹脱法适合处理高浓度氨氮废水,但是温度对吹脱法有很大的影响,温度低则效率会降低。该法使用填料塔或浅层折流塔,用鼓风曝气的形式,改变气液界面氨气的分压,将其吹脱出来。此法拥有效果稳定、技术简单、投资低、运行费用少等优点。它的其局限性有三点:(1)用于水量较少的氨氮废水,若水量大,则NH₃排放量大;(2)适用于年平均温差较小的地方，因为温度低，热损失就大;(3)吹脱法的脱氮成本和其他脱氮工艺一样都比较高,。谢凤岩^[5]通过大量的静态吹脱试验得出,最佳吹脱工艺的脱氮率可高达99%以上。孙业涛^[6]等人选择自己做的吹脱装配,研究了运用炉粉煤制气方法所生成的1716.2mg/L的氨氮废水,并对温度、pH值、曝气量等影响因素进行了考察，实验结果表示,温度影响因素最大。

1.2.1.3 沸石脱氨法

这种方法是将废水中的氨离子和沸石内的阳离子发生反应,以此来达到脱氮的目的。当处理经厌氧硝化的废水时首选用Na-Zeo沸石,接着用Ca-Zeo^[7]。该法也有其缺点,如使用该法时,就必须考虑沸石的再生问题。沸石是一类以硅酸盐为主,具有阳离子交换性和较大吸附能力的矿物,其结构中含有碱金属或碱土金属离子,如Na 、Ca² 、Mg² 等。因此这些年许多学者用沸石处理氨氮废水,实验结果表明沸石对氨氮具有很强的选择性离子交换能力;并且沸石也是一种非常合适的生物载体，因为它有极性吸附能力。

1.2.1.4 膜分离处理技术

利用膜分离处理技术的原理是以膜的选择通透性对氨氮进行脱除处理，而利用膜分离处理技术处理废水,具有回收率比较高,操作比较简便,没有再生的污染等优点这方法。利用该技术氨氮去除率可达到85%以上。

1.2.1.5 电化学氧化法

电化学氧化法是对电极或由电场产生的自由基的表面催化下对氨氮进行氧化。氨氮氧化的途径有两种:直接电氧化和间接电氧化。袁芳等^[8]研究表示电流密度和氯离子浓度越高，废水中氨氮的去除效果越好,最高可达到99.9%。曾次元等^[9]的实验也证明,氨氮去除速率和初始浓度没有影响。

1.2.1.6水解酸化一体BAF组合工艺

曝气生物滤池（Biological Aerated Filter，BAF）拥有结构比较简单、生物浓度比较高、处理效果比较好、占地面积比较小、运行管理比较方便等一些优点^[10]。目前很多学者对曝气生物滤池已经做了很多的研究^[11][12][13]，试验结果显示，水解酸化一体BAF组合工艺对高浓度氨氮废水具有非常好的实验结果，它的出水COD 可以高达100mg/L ，去除率可以普遍达到64.69%，而出水的氨氮普遍达到3.51mg/L，去除率可以达到95.16%以上，各因素实验结果的研究显示在各个实验区域的体系都能有较好实验结果。

1.2.2 传统生物处理法

高浓度氨氮废水中的氨氮等均可利用生物方法脱除,这类方法具有去除范围广、方法简便、成本低等优势。典型的生物处理法如下:

1.2.2.1 厌氧生物技术

厌氧生物技术方法只能是氨氮废水的预处理方法,因为在酸性发酵或碱性发酵阶段,此法改变了氨氮废水中的有机物结构,其生物降解的性能也得到了提高,使之更易于好氧处理。

1.2.2.2 强氧化好氧生物技术

生化和物化相结合处理氨氮废水兴起于上世纪70年代,粉末活性炭生物法便是该技术的代表性方法之一。该法利用投加粉末活性炭发达的微孔结构和强大的吸附能力,将其投加到曝气池中,从而提高有机物的降解率。Horan等运用生物活性炭流化床处理的垃圾渗滤液,达到90%以上的去除效率^[14]。此外,Fikret等用空气吹脱和石灰絮凝沉淀做预处理方案,成功的增加了实验的可生化性^[15]。

1.2.3 新型生物处理技术

如今新的脱氮技术现在希望缩短生物氮的转化，从而达到节约成本、节省资源的目的。他们在将氮转化为亚硝酸盐氮的反硝化过程中，与传统工艺相比，有氧能力，C源和短程硝化反硝化反应的污泥产量都下降了。新型生物处理技术节约了碳源、能耗以及基建和运行费用，是可行性的绿色生物技术。随着对传统生物处理技术的深入研究,产生了一些新的处理方法,目前比较热门的方法主要有半程硝化、短程硝化反硝化、同时硝化反硝化、厌氧氨氧化技术等。

1.2.3.1半程硝化法

半程硝化法的目的是使出水NO₂-N／NH₃-H(质量浓度之比)为1∶1。其基本原理是在微氧环境下将进水的一半氨氮氧化为亚硝酸氮,。李小霞^[16]用硝化反硝化污泥做种,在SBR反应器中以此来驯化启动自养半短程硝化系统。这次试验过程说明了,在反应器中始终存在硝酸细菌,只要条件适宜,菌种都可能生长繁殖,所以需要严格控制系统的环境条件,防止短程硝化系统发生转变。

1.2.3.2 短程硝化反硝化技术

短程硝化反硝化技术的原理是通过抑制硝酸菌的生长,使反应的整个过程停留在亚硝化阶段。短程硝化反硝化技术基于因为硝酸菌与亚硝酸菌之间存在差异的原理，在亚硝化阶段直接进行反硝化，即能节约氨氧化需氧量,还能节省反硝化所需的C源。Ruiza等通过合成废水试验研究了实现亚硝酸盐积累的最优条件^[17]。其新式脱氮路线的优点有节约能源、碳源,减少污泥产量和占地面积小等,是绿色环保的可行性的技术。因此从开发以来成为生物脱氮处理污水研究领域的重点,并得到了内外污水处理专家的重视。王厦^[18]等认真研究了用短程硝化法去除率的影响,并对相关因素进行了分析。实验结果表明,驯化过后的活性污泥的降解能力得到了很大的加强,而最高时进水氨氮容积负荷有3.2g/(L·d),之高。对处理高浓度氨氮废水远远高于普通硝化反应的负荷。而温度、溶解氧浓度这些因素对氨氮降解也有着明显的影响,当溶解氧浓度控制在1mg/L,反应温度为35℃时，氨氮降解效率最高。另外,有机物浓度也能影响氨氮降解，少量的有机物对氨氮的降解有利,而高浓度有机物则会抑制亚硝化反应。

1.2.3.3同时硝化反硝化技术

同时硝化反硝化技术是指只在同一个反应器中同时进行硝化与反硝化反应。同时硝化反硝化技术与传统的生物技术相比较,具有减少反应时间、降低反应器体积、降低碱度等优点。吕宏德等^[19]以垃圾渗滤液为研究样品 以比较高的DO值条件,处理氨氮废水在实验装置中短程硝化SND现象和各因素之间的反应。根据实验得出，C/N是SND去除总的氮量的关键性因素, C/N比的越高,对TN的去除率也越高。

1.3 低浓度工业氨氮废水的处理方法

1.3.1 物化法

1.3.1.1折点氯化法

折点氯化法是通过向氨氮废水中加入次氯酸钠或氯气等试剂, 使得废水中的游离氯浓度最低。而这种投加量的点称之为折点,这种状态下的氯化反应称为折点氯化。其优点是脱氨效果稳定,反应迅速, 同时不受水的温度干扰。但也有其局限性:比如成本相对比较高, 比较轻易的形成再生污染等。黄等用该法控制浓度比较低的氨氮的稀土冶炼废水, 这样的去除率高达98% ^[20] 。

1.3.1.2离子交换法

离子交换法实际上是一种比较特别的吸附过程,它的工作原理是将不溶性离子交换剂中的可以置换离子和溶液中的同性离子相置换。沸石、活性炭等都是常用的离子交换剂。Rozic 等利用粘土矿物做去除氨氮且去除率大于60%的实验^[21]。

1.3.1.3电化学氧化法

电化学氧化法的工作原理是将有机污染物生成从能水中逸出的气体,或者是不溶于水的沉淀物, 从而使氨氮废水得以净化,包括电氧化法与化学氧化法。李庭刚利用这种技术控制渗滤液中的氨氮, 这种方法有100%的去除率, 并且电流效率在84%以上^[22] 。

1.3.2 生物法

1.3.2.1序批式生物膜法

序批式生物膜法是指把填料加入到实验反应器中,选择间歇式运行的复合式处理氨氮废水的生物方法。该工艺技术简便, 脱氨率高,成本低,在国内外具有广阔的发展前景。宋晶等运用该工艺，选择不同盐浓度的模拟废水样品，对这些样品进行研究, 实验结果的达到84%^[23] 以上。

1.3.2.2厌氧氨氧化法

上世纪90年代厌氧氨氧化法迅速发展,目前已成为一种新型高效的生物脱氮技术。其基本工作原理是用亚硝酸盐作为电子受体,用氨氮作为电子供体。通过厌氧或缺氧的条件,，用自养菌直接将氨氮、亚硝酸盐氮氧化成氨气和氮气^[24]的技术。该技术的优点是不需要再加碳源作为电子供体,而且此技术能降低耗氧能耗。刘成良等^[25] 利用厌氧氨氧化技术处理模拟氨氮废水, 达到了70.0%以上的平均去除率。

1.3.2.3植物修复法

这种方法是选择绿色植物系统改善受过污染的土壤, 是这些年来环境领域的研究热点之一,其优点具有低投资、低能耗、运营成本低、易于后期维护、对污水处理的效果好等, 缺点是占地面积较大, 容易出现淤积、饱和现象,受到温度的影响非常大,填料的选择比较单一。

1.3.3 改进 SBR

IMO- SBR工艺是是一种全新的污水处理工艺，,此法成功保留了固定化微生物原料。它组合了固定化微生物技术与SBR工艺，较好地发挥了成熟的SBR工艺，充分利用发挥了固定化微生物的优点以及SBR的优势。在30 ℃下, 氨氧化菌具有较快的生长速率, 氨氧化速率较快。这种体系对有机物有着很高的去除率。所以找到符合的有机物浓度可以提高系统的脱氮能力。pH的变化对系统没有多大影响, 但是理想的pH能提高系统的脱氮能力。

1.4 活性污泥法基本原理

该法的基本原理是用活性污泥做主体的生物类型处理废水的方法。其原理是废水在不断导入空气，活性污泥经过时间的培养，由于好氧微生物的生长，形成絮体，而絮体拥有非常强的吸附能力和降解有机物的能力。因为这种污泥状絮状物含有菌胶团等微生物种群，所以拥用非常有力的吸附有机物并降解他们的本领^[26]。

活性污泥法是通过人工充氧的条件，用活性污泥里的生物菌处理氨氮的一种主要的生物方法，它的工作原理是将废水和各类菌群进行不间断的混合培养。而利用活性污泥的各种吸附和降解有机物的特性，分解各种污水中的污染物。最后让污泥和水分开，多数的污泥返回到反应体系中，多余的就排放出污泥体系。

1.5 活性污泥法的发展趋势

现代工业的发展，使工业废水具有致癌、致畸、致突变的物性^[27]；这些工业废水数量增多而且性质复杂不被微生物所降解，而无机性的营养物如N、P等也会引起水体污染，它们会使水生植物包括藻类在内的生物过量生长，使水中溶解氧含量下降，出现水质恶化等情况。

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