1、 第 1 页 工业废水处理张鹏(巴音郭楞职业技术学院 石油化工学院 库尔勒 841000)摘要：关键词：酸碱性、悬浮物、需氧量1绪论1.1 概述1.1.1 工业废水的来源水是宝贵的自然资源，是人类赖以生存的必要条件。在人类生活和生产活动中，从自然界取用了水资源，经生活和生产活动后，又向自然界排出受到污染的水。这些改变了原来的组成，甚至丧失了使用价值而废气外排的水成为废水。由于废水中混进了各种污染物，排进自然界水体，日积月累，最终将导致自然界中的某一水系丧失使用价值。目前“废水”和“污水”两个术语用法比较混乱。就科学概念而言， “废水”是指废气外排的水；“污水”是指被脏物污染的水。不过，有相当数
2、量的生产排水并不脏（如冷却水等） ，因而用“废水” 统称比较合适。旨在谁知污浊不可取用的情况下，两个术语才可通用。废水包括生活污水和工业废水。工业废水是指工业生产过程中废弃外排的水。工业废水对环境造成的污染危害，以及应采取的防治对策，取决于工业废水的特性。即污染物的种类、性质和浓度。工业废水的水质特征，不单以废水类别而异，往往因时因地而多变。工业废水的特点主要表现为：排放量大；组成复杂；污染严重。对废水水质常用两项最主要的污染指标来表示，也就是指悬浮物和化学需氧量。不同的工业废水，其水质差异很大。以化学需氧量为例，较低的也在第 2 页 2503500mg/L之间，高的常达每升数万毫克，甚至几十
3、万毫克。1.1.2 工业废水的分类工业废水是区别于生活污水而言的，含义很广。由于工业类型繁多，而每种工业又由多段工艺组成，产生的废水性质完全不同。影响工业废水所含污染物多少及其种类的因素主要有：（1）生产中所用的原材料；（2）工业生产中的工艺过程；（3）设备构造与操作条件；（4）生产用水的水质与水量。根据废水中的主要化学成分，从化学分类出发，可分为有机、无机废水两类。但一个工厂排出的废水，是个车间与工段的混合废水，往往及含有有机污染物又含有无机污染物，对这种一个厂或一个地区混合在一起的总排放的废水，又称“为综合废水” 。废水中如果某一中成分在污染物中首要地位，则常以该成分取名，如含酚废水、含氰
4、废水、含氮废水、含汞废水等。根据废水的酸碱性，也可将废水分为酸性废水、碱性废水和中性废水。此外，还可根据产生废水的工业部门或生产工艺来取名，如焦化废水、电镀废水、造纸废水、化工废水、印染废水、农药废水、冷却废水等。1.2 工业废水的处理原则及趋势1.2.1 工业废水的有效治理的原则（1）最根本的是改革生产工艺，尽可能在生产过程中杜绝有毒有害废水的产生。如以无毒用料或产品取代有毒用料或产品。（2）在使用有毒原料以及产生有毒的中间产物和产品的生产过程中，采用合理的工艺流程和设备，并实行严格的操作和监督，消除漏逸，尽量减少流失量。（3）含有剧毒物质废水，如含有一些重金属、放射性物质、高浓度酚、氰等废
5、水应与其他废水分流，以便于处理和回收有用物质。（4）一些流量大而污染轻的废水如冷却废水，不宜排入下水道，以免增加城市下水道和污水处理厂的负荷。这类废水应在厂内经适当处理后循环使用。第 3 页 （5）成分和性质类似于城市污水的有机废水，如造纸废水、制糖废水、食品加工废水等，可以排入城市污水系统。应建造大型污水处理厂，包括因地制宜修建的生物氧化塘、污水库、土地处理系统等简易可行的处理设施。与小型污水处理厂相比，大型污水处理厂既能显著降低基本建设和运行费用，又因水量和水质稳定，易于保持良好的运行状况和处理效果。（6）一些可以生物降解的有毒废水如含酚、氰废水，经厂内处理后，可按容许排放标准排入城市下水
6、道，由污水处理厂进一步进行生物氧化降解处理。（7）含有难以生物降解的有毒污染物废水，不应排入城市下水道和输往污水处理厂，而应进行单独处理。1.2.2工业污水处理的发展趋势在水和其他资源日渐短缺以及环境污染治理日益迫切的情况下，工业废水处理的发展趋势是：把水和污染物作为有用资源回收利用和实行闭路循环。这可分为水和污染物综合循环回用。水和污染物各自单独循环回用。1.3工业废水处理方法1.3.1简述几种工业废水处理方法（1）化学沉淀法：化学沉淀法是指向废水中投加某些化学药剂（沉淀剂），使之与废水中溶解态的污染物直接发生化学反应，形成难溶的固体生成物，然后进行固液分离，从而除去水中污染物的一种处理方法
7、。废水中的重金属离子（如砷、氟、硫、硼）均可通过化学沉淀法去除，某些有机污染物亦可通过化学沉淀法去除。（2）活性污泥法：将空气连续鼓入曝气池的废水中，经过一段时间，水中能形成繁殖有大量好氧微生物的活性污泥，它能吸附和分解废水中的有机物，并以有机物为养料使微生物获得能量并不断增殖。离开曝气池的废水与活性污泥的混合液进入沉淀池进行泥水分离。一般废水在曝气池中停留 35h，能去除废水的BOD5约 90%。活性污泥法是一种较为广泛采用的生物处理方法。（3）生物接触氧化法：生物接触氧化工艺采用固定式生物填料作为微生物的载体，生长有微生物的载体淹没在水中，曝气系统为反应器中的微生物供氧。由于生物接触氧化法
8、的微生物固定生长于生物填料上，克服了悬浮活性污泥易于流第 4 页 失的缺点，在反应器中能保持很高的生物量。生物接触氧化法对冲击负荷和水质变化的耐受性强，运行稳定；它的容积负荷高，占地面积小，建设费用较低并且污泥产量较低，无需污泥回流，运行管理简单。但有时脱落一些细碎生物膜，沉淀性能较差的造成出水中的悬浮固体浓度稍高，一般可达到 30mg/L 左右。 （4）膜生物反应器法：膜-生物反应器(Membrane BioReactor，MBR) 是将膜分离技术与生物反应器结合在一起的新型污水处理工艺。根据膜分离组件的设置位置，可分为分置式 MBR 和一体式 MBR 两大类。 MBR 工艺用膜组件代替了传
9、统活性污泥工艺中的二沉池，可进行高效的固液分离，克服了传统工艺中出水水质不够稳定、污泥容易膨胀等不足。（5）曝气生物滤池法：曝气生物滤池(BAF)是生物膜处理工艺的一种。采用一种新型粗糙多孔的粒状滤料具有很大的比表面积，滤料表面生长有生物膜，池底提供曝气，污水流过滤床时，污染物首先被过滤和吸附，进而被滤料表面的微生物氧化分解。目前 BAF 已从单一的工艺逐渐发展成系列综合工艺，有去除悬浮物、COD、 BOD 、硝化、脱氮等作用。 （5） 简易生化处理法：即沼气净化池利用厌氧消化原理进行固体有机物降解。沼气净化池的处理效率优于腐化池和沼气池，造价低，动力消耗低，管理简单。适用于经济不发达地区的小
10、型综合地区，条件不具备时可采用简易生化处理作为过渡处理措施。 2 有关高吸水性树脂废水概述高吸水性树脂废水，就是指生产高吸水性树脂所产生的废水。本实验所用的废水来源为丙烯酰胺接枝淀粉，硝酸铈铵为引发剂生产高吸水性树脂所产生的废水。有关其合成的理论如下。2.1 接枝聚合反应过程利用硝酸铈铵作为引发剂，使淀粉分子上的 H 被夺走而产生自由基，然后再引发单体丙烯酰胺，形成淀粉-丙烯酰胺自由基，继续与丙烯酰胺进行链增长，最后发生链终止。其反应如下：(1) 引发剂与淀粉葡萄糖环配位第 5 页 OOH HHHOH OHOOH OO OOHOHHHHHOH(2) 碳键断裂，产生自由基OOHOOHOOHHHH
11、HOCHCOOHOH OOH HOCHCOOHHOOOHHHH(3) 接枝聚合反应自由基与丙烯酰胺形成两种形式的聚合物，可用 a、b 两个反应式表示。发生接枝聚合反应的两种形式的自由基只是产生自由基的位置不同，它们与丙烯酰胺反应形成的聚合物结构类似。OCCHOH OHOHOHHOH CHCH2 CONH2 OHCHCOHH HOHOOO2HH2NOCCH2CHH2NOCCH2CHONH2n(a)OCHCOH OHHOHOHOH CHCH2 CONH2 OCHCHOHH HOOOOH2CHCH2H2NOC CHCH2CH2CONH2CONH2n(b)(4) 皂化反应高分子吸水性树脂的吸水能力是高
12、分子电解质的离子排斥作用所引起的分子扩张和网状结构引起阻碍分子的扩张作用所产生的结构，所谓皂化水解反应就是第 6 页 使共聚物产生可以相互排斥的离子，其反应可表示如下： OHCCHOOOHH HOHCH2CHCONH2CH2CHCONH2CH2CH2CONH2OnNaOHOCHHCOOCH2CHCORCH2OHOHCHCONaCH2CHCONH2CH2CHCOROH Hx y式中，R 为-ONa 或-NH 2。自由基聚合属于连锁聚合反应，由链引发、链增长、链终止、链转移的基元反应组成。(5) 链转移反应通过增长反应，活性链将其活性中心自由基转移到其他的分子（如单体、溶剂等） ，产生新的自由基。
13、向单体转移 原来的增长活性链因链转移提早终止，使聚合度降低。但形成了新的活性链自由基，活性未减弱，聚合速率并没有降低。CH2 CHX+CH2 CHX CH2CH2X+CH2 CHCHCHX+CH3CX向溶剂或链转移剂转移 溶液聚合时，增长活性链自由基有可能向溶剂分子 YZ 转移，也使分子量降低，聚合速率是否改变则视新生自由基的活性而定。有时为了降低聚合物的分子量，特加入链转移剂来调节分子量，称为分子量调节剂。第 7 页 CH2CHX+YZ CH3 CHYX+Z(6) 吸水性树脂实验药品淀粉、丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺 、硝酸铈铵、NaOH、浓硝酸 。 2.2 吸水性树脂废水初步鉴定根据
14、上述吸水性树脂实验原理、实验过程及药品，初步可以肯定吸水性树脂废水为含有较高浓度的氨氮废水。但这只是从理论上的推断，因此还必须对高吸水性树脂废水进行氨氮测定，进一步确定废水中氨氮的含量。并把废水中的氨氮去除作为吸水性树脂废水处理实验研究的重点进行实验研究。2.3 高吸水性树脂废水中氨氮的测定2.3.1 测定原理碘化汞和碘化钾的碱性溶液与氨反应生成淡红棕色胶态化合物，其色度与氨氮含量成正比，通常可以在波长410425nm范围内测其吸光度，计算其含量。2.3.2 测定试剂的配置(1) 钠氏试剂的配置称取 16 g 氢氧化钠，溶于 50ml 水中，充分冷却至室温。另称取 7 g 碘化钾和 10 g
15、碘化汞溶于水，然后将此溶液在搅拌下徐徐注入氢氧化钠溶液中，用水稀释至 100ml，贮存聚乙烯瓶中，密封保存。(2) 酒石酸钠溶液的配置称取 50g 酒石酸钠溶于 100 ml 的水中，加热煮沸以除去氨，放冷，定容至100 ml。(3) 铵标准贮备溶液的配置称取 3.819g 经 100干燥过的优级纯氯化铵溶于水中，移入 1000ml 容量瓶中，稀释至标线。此溶液每毫升含 1.00氨氮。(4) 铵标准使用液的配置移取5.00ml铵标准贮备液于500ml的容量瓶中，用水稀释至标线。此溶液每毫升含0.010氨氮第 8 页 2.3.3 计算公式由水样测得的吸光度减去空白试验的吸光度后，从标准曲线上查得
16、氨氮量（）后，按下式计算：氨氮（ N，/L）m/V100式中：m由标准曲线查得的氨氮量，；V水样体积，ml。2.3.4 测定步骤(1)絮凝沉淀去100 ml水样，在其中加入1 ml10硫酸锌溶液，用25的氢氧化钠溶液调节至PH值在10.5 左右，混匀静置，沉淀（白色絮体）过滤，弃去初滤液20 ml。(2) NH4-N标准曲线的绘制分别吸取0、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00、和10.00 ml铵标准使用液于50 ml比色管中，加水至标线，加1.0 ml酒石酸钾钠溶液，混匀。加1.5 ml钠氏试剂，混匀。放置10 min后，在波长 420nm处，用光程20mm 比色皿，以水作参比
17、，测定吸光度。由测得的吸光度，减去零浓度空白管的吸光度后，得到校正吸光度，绘制以氨氮含量( )对校正吸光度的标准曲线。(3)水样的测定分取适量经絮凝沉淀预处理后的水样，加入 50 ml 比色管中，稀释至标线。加 1.5 ml 钠氏试剂，混匀。放置 10min 后，在波长 420nm 处，用光程 20mm 比色皿，以水作参比，测定吸光度2.4 铵标准曲线的绘制实验NH4-N标准曲线的绘制，把0ml、0.50ml、1.00ml、3.00ml、5.00ml 、7.00和10.00ml比色管中的液体放入721分光光度仪中，以水做参比，得到他们的吸光度分别为见表2.1表2.1 NH4-N值(mg/L)0
18、 0.50 1.00 3.00 5.00 7.00 1.00氨氮浓度 0 0.005 0.01 0.03 0.05 0.07 0.1第 9 页 吸光度 0.18 0.32 0.44 0.9 1.25 1.78 2.00减去空白 0 0.14 0.26 0.72 1.07 1.60 1.82标准曲线见图2.1。y = 19.066x + 0.079600.511.522.50 0.04 0.08 0.12 0.16氨氮浓度线性 (氨氮浓度)图2.1 氨标准曲线得到一个线性方程：y=19.066x+0.07962.5 原水水质氨氮的实验测定原水水质NH 4-N的检测：把取来的废水摇匀，取100ml
19、按上述方法测定其NH 4-N的值。氨氮（N，/L）148/L3关于高浓度氨氮废水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（500 mg/L 以上，甚至达到第 10 页 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、生化联合法和新型生物脱
20、氮法。3.1 高浓度氨氮废水的处理方法3.1.1 物化法（1）MAP 沉淀法主要是利用以下化学反应： HO6PMgNO6HPNMg 242442理论上讲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Mg 2 + NH4+PO43 -2.51013时可生成磷酸铵镁（ MAP），除去废水中的氨氮。穆大纲等 8采用向氨氮浓度较高的工业废水中投加 MgCl26H2O 和 Na2HP0412H20 生成磷酸铵镁沉淀的方法，以去除其中的高浓度氨氮。结果表明，在 pH 为8.9l，Mg 2+，NH 4，P0 43-的摩尔比为 1.25:1:1，反应温度为 25 ，反应时间为20min，沉淀时间为 20
21、min 的条件下，氨氨质量浓度可由 9500mg/L 降低到460mg/L，去除率达到 95%以上。由于在多数废水中镁盐的含量相对于磷酸盐和氨氮会较低，尽管生成的磷酸铵镁可以做为农肥而抵消一部分成本，投加镁盐的费用仍成为限制这种方法推行的主要因素。海水取之不尽，并且其中含有大量的镁盐。以海水做为镁离子源试验研究了磷酸铵镁结晶过程。盐卤是制盐副产品，主要含 MgCl2和其他无机化合物。Mg 2+约为 32 g/L 为海水的 27 倍。用 MgCl2、海水、盐卤分别做为 Mg2+源以磷酸铵镁结晶法处理养猪场废水，结果表明，pH是最重要的控制参数，当终点 pH9.6 时，反应在 10 min 内即可
22、结束。由于废水中的 N/P 不平衡，与其他两种 Mg2+源相比，盐卤的除磷效果相同而脱氮效果略差。（2）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。吹脱法去除垃圾渗滤液中的氨氮进行了研究，控制吹脱效率高低的关键因素是温度、气液比和 pH。在水温大于 25,气液比控制在 3500 左右，渗滤液 pH 控第 11 页 制在 10.5 左右，对于氨氮浓度高达 20004000 mg/L 的垃圾渗滤液，去除率可达到 90%以上。吹脱法在低温时氨氮去除效率不高。采用超声波吹脱技术对化肥厂高浓度氨氮废水（例如 882 mg
23、/L）进行了处理试验。最佳工艺条件为 pH11，超声吹脱时间为 40min，气水比为 l000：1 试验结果表明，废水采用超声波辐射以后，氨氮的吹脱效果明显增加，与传统吹脱技术相比，氨氮的去除率增加了 17164，在 90以上，吹脱后氨氮在100mg/L 以内。为了以较低的代价将 pH 调节至碱性，需要向废水中投加一定量的氢氧化钙，但容易生水垢。同时，为了防止吹脱出的氨氮造成二次污染，需要在吹脱塔后设置氨氮吸收装置。在处理经 UASB 预处理的垃圾渗滤液（ 2240 mg/L）时发现在 pH11.5，反应时间为 24 h，仅以 120 r/min 的速度梯度进行机械搅拌，氨氮去除率便可达95。
24、而在 pH12 时通过曝气脱氨氮，在第 17 小时 pH 开始下降，氨氮去除率仅为 85。据此认为，吹脱法脱氮的主要机理应该是机械搅拌而不是空气扩散搅拌。（3）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。然而，蒋建国等 4探讨了沸石吸附法去除垃圾渗滤液中氨氮的效果及可行性。小试研究结果表明，每克沸石具有吸附 15.5 mg 氨氮的极限潜力，当沸石粒径为 3016 目时，氨氮去除率达到了 78.5%，且在吸附时间、投加量及沸石粒径相同的情况下，进水氨氮浓度越大，吸附速率越大，沸石作为吸附剂去除渗滤液中的氨氮是可行
25、的。用沸石离子交换法处理经厌氧消化过的猪肥废水时发现 Na-Zeo、Mg-Zeo、Ca-Zeo、k-Zeo 中 Na-Zeo 沸石效果最好，其次是 Ca-Zeo。增加离子交换床的高度可以提高氨氮去除率，综合考虑经济原因和水力条件，床高 18 cm（H/D=4 ），相对流量小于 7.8BV/h 是比较适合的尺寸。离子交换法受悬浮物浓度的影响较大。应用沸石脱氨法必须考虑沸石的再生问题，通常有再生液法和焚烧法。采用焚烧法时，产生的氨气必须进行处理。第 12 页 （4）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。采用电渗析法和聚丙烯(PP)中空纤维膜
26、法处理高浓度氨氮无机废水可取得良好的效果。电渗析法处理氨氮废水 20003000 mg/L，去除率可在 85%以上，同时可获得 8.9%的浓氨水。此法工艺流程简单、不消耗药剂、运行过程中消耗的电量与废水中氨氮浓度成正比。PP 中空纤维膜法脱氨效率 90%，回收的硫酸铵浓度在 25%左右。运行中需加碱，加碱量与废水中氨氮浓度成正比。乳化液膜是种以乳液形式存在的液膜具有选择透过性，可用于液-液分离。分离过程通常是以乳化液膜（例如煤油膜）为分离介质，在油膜两侧通过 NH3的浓度差和扩散传递为推动力，使 NH3进入膜内，从而达到分离的目的。用液膜法处理某湿法冶金厂总排放口废水（10001200 mgN
27、H4+-N/L，pH 为 69） 7，当采用烷醇酰胺聚氧乙烯醚为表面活性剂用量为 4%6%，废水 pH 调至 1011，乳水比在 1:81:12，油内比在 0.81.5。硫酸质量分数为 10%，废水中氨氮去除率一次处理可达到 97%以上。（5）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。在溴化物存在的情况下，臭氧与氨氮会发生如下类似折点加氯的反应：Br +O3+H+ HBrO+O2，NH3+HBrO NH2Br+H2O，NH2Br+HBrO NHBr2
28、+H2O，NH2Br+NHBr2 N2+3Br +3H+。用一个有效容积 32 L 的连续曝气柱对合成废水 (氨氮 600 mg/L)进行试验研究，探讨 Br/N、pH 以及初始氨氮浓度对反应的影响，以确定去除最多的氨氮并形成最少的 NO3-的最佳反应条件。发现 NFR(出水 NO3-N 与进水氨氮之比)在对数坐标第 13 页 中与 Br-/N 成线性相关关系，在 Br-/N0.4，氨氮负荷为 3.64.0 kg/(m3d)时，氨氮负荷降低则 NFR 降低。出水 pH6.0 时，NFR 和 BrO-Br（有毒副产物）最少。BrO-Br 可由 Na2SO3定量分解，Na 2SO3投加量可由 OR
29、P 控制。3.1.2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。研究采用吹脱-缺氧- 好氧工艺处理含高浓度氨氮垃圾渗滤液。结果表明，吹脱条件控制在 pH=9 5、吹脱时间为 12h 时，吹脱预处理可去除废水中 60%以上的氨氮，再经缺氧-好氧生物处理后对氨氮（由 1400mg/L 降至 19.4mg/L）和 COD 的去除率90%。用生物活性炭流化床处理垃圾渗滤液（COD 为 8
30、002700mg/L ，氨氮为220800mg/L）。研究结果表明，在氨氮负荷 0.71kg/(m3d)时，硝化去除率可达90%以上， COD 去除率达 70%，BOD 全部去除。以石灰絮凝沉淀+空气吹脱做为预处理手段提高渗滤液的可生化性，在随后的好氧生化处理池中加入吸附剂（粉末状活性炭和沸石），发现吸附剂在 05 g/L 时 COD 和氨氮的去除效率均随吸附剂浓度增加而提高。对于氨氮的去除效果沸石要优于活性炭。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
31、保持膜有较大的通量和防止膜的渗漏。李红岩等 15利用一体化膜生物反应器进行了高浓度氨氮废水硝化特性研究。研究结果表明，当原水氨氮浓度为 2000mg/L、进水氨氦的容积负荷为 2.0kg/(m3d)时，氨氮的去除率可达 99%以上，系统比较稳定。反应器内活性污泥的比硝化速率在半年的时间内基本稳定在 0.36/d 左右。3.1.3新型生物脱氮法第 14 页 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。（1）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
32、的主要开支。短程硝化反硝化（将氨氮氧化至亚硝酸盐氮即进行反硝化），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。用合成废水（模拟含高浓度氨氮的工业废水）试验确定实现亚硝酸盐积累的最佳条件。要想实现亚硝酸盐积累，pH 不是一个关键的控制参数，因为 pH在 6.458.95 时，全部硝化生成硝酸盐，在 pH8.95 时发生硝化受抑，氨氮积累。当 DO0.7 mg/L 时，可以实现 65的氨氮以亚硝酸盐的形式积累并且氨氮转化率在 98%以上。DO1.7 mg/L 时全部硝化生成硝酸盐。对低碳氮比的高浓度氨氮废水采用亚硝玻型和硝酸型脱氮的效果进行了对比分析。试验结果表明，亚硝酸型脱氮可明显提高总
33、氮去除效率，氨氮和硝态氮负荷可提高近 1 倍。此外，pH 和氨氮浓度等因素对脱氮类型具有重要影响。短程硝化反硝化处理焦化废水的中试结果表明，进水 COD、氨氮、TN 和酚的浓度分别为 1201.6mg/L、510.4mg/L、540.1mg/L 、110.4 mg/L 时，出水 COD、氨氮、TN 和酚的平均浓度分别为 197.1mg/L、14.2mg/L、181.5mg/L、0.4 mg/L，相应的去除率分别为 83.6%、97.2%、66.4%、99.6%。与常规生物脱氮工艺相比，该工艺氨氮负荷高，在较低的 C/N 值条件下可使 TN 去除率提高。（2）厌氧氨氧化（ANAMMOX）和全程自
34、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电子受体直接被氧化成氮气的过程。ANAMMOX 的生化反应式为：NH4+NO2 N2+2H2OANAMMOX 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：第 15 页 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
35、是 SHARON 和 ANAMMOX 工艺的结合，在同一个反应器中进行。发现深圳市下坪固体废弃物填埋场渗滤液处理厂，溶解氧控制在 1 mg/L 左右，进水氨氮95%，总氮的去除率90%。研究表明 ANAMMOX 和 CANON 过程都可以在气提式反应器中运转良好，并且达到很高的氮转化速率。控制溶解氧在 0.5mg/L 左右，在气提式反应器中，ANAMMOX 过程的脱氮速率达到 8.9 kgN/（m 3d），而 CANON 过程可以达到1.5 kgN/（m 3d）。（3）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。
36、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（如 Robertson 等分离、筛选出的 Tpantotropha.LMD82.5）。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。用序批式反应器处理氨氮废水，试验结果验证了好氧反硝化的存在，好氧反硝化脱氮能力随混合液溶解氧浓度的提高而降低，当溶解氧浓度为 0.5mg/L 时，总氮去除率可达到 66.0%。连续动态试验研究表明，对于高浓度氨氮渗滤液，普通活性污泥达的好氧反硝化工艺的总氮去
37、除串可达 10%以上。硝化反应速率随着溶解氧浓度的降低而下降；反硝化反应速率随着溶解氧浓度的降低而上升。硝化及反硝化的动力学分析表明，在溶解氧为 0.14 mg/L 左右时会出现硝化速率和反硝化速率相等的同步硝化反硝化现象。其速率为 4.7mg/(Lh)，硝化反应 KN0.37 mg/L；反硝化反应KD=0.48 mg/L。第 16 页 在反硝化过程中会产生N 2O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研究阶段，都有很好的应用前景。3.2 研究的目的
38、及意义我们现如今正处于一个经济全速发展的阶段，同时也面临着资源的短缺和能源的匮乏，特别是水资源的现状不容乐观。由于受经济等诸多因素的影响，水污染的广泛存在，对我们原本就短缺的水资源来说，更是雪上加霜。我们在发展经济之余，更不可忽视废水的治理，通过治理的途径杜绝水污染的发生，条件成熟时还可以使废水回用，缓解水资源紧张的矛盾。在水污染控制领域中，工业废水的治理是水污染控制领域中一项十分重要的内容。我们知道，工厂的生产部、居民区以及加工处、食堂、厕所等每天都要排放出大量的废水，这些废水中含有许多细菌、病毒、寄生虫卵和一些有毒有害的物质。如果这些废水不经处理，任其排入环境，就会严重的污染水源，传播疾病
39、，危害人民群众的健康，因此工业的废水必需经过严格的处理后才能排放或回用 1。由于吸水性树脂废水中含有较高浓度的氨氮，易采用化学沉淀法，一方面可以降低水中的污染物浓度，达到排放标准；另一方面还可以保障消毒效果。因为其一般要求的处理后水质较高，所以采用化学沉淀处理法较好。本文主要通过实验的手段，研究化学沉淀法应用于吸水性树脂废水中在何种条件下可使各种污染指标的去除率降到最低。3.3 研究内容设计出吸水性树脂废水处理的实验研究方案。通过实验确定吸水性树脂废水的最佳处理工艺条件及最佳条件下的处理效果。并考察各因素对吸水性树脂废水处理效果的影响。3.4 实验方法确定通过对以上处理方法的对比再结合实际情况
40、，决定采取 MAP 沉淀法处理吸水性树脂废水。主要是利用以下化学反应：第 17 页 HO6PMgNO6HPNMg 242442理论上讲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Mg 2 + NH4+PO43 -2.51013时可生成磷酸铵镁（ MAP），可以较有效地除去废水中的氨氮。4 实验部分 本课题通过实验的方式测定吸水性树脂废水中 NH4-N 在经过化学沉淀法处理前后的变化。通过对镁盐和磷酸盐的控制，确定控制的最佳条件，即 NH4-N 测定项目去除率最高的控制条件。分析实验现象和结果。通过对实验结果的分析，判断化学沉淀法处理氨氮废水的可行性；最终提出对化学沉淀法处理氨氮废水的较
41、佳的实验条件。4.1 实验原理向高浓度氨氮废水中加入镁盐和磷酸盐后，会发生化学沉淀反应，生成磷酸氨镁沉淀。反应液经重力沉淀或者过滤，得到磷酸氨镁，其化学分子式为，俗称鸟粪石。沉淀物呈白色晶体粉末状，还会以大单晶体、O6HPMgN24微小晶体、凝乳、凝胶块形式出现，密度为 1.7，在 25时溶解度为 2.5 ，130溶于酸不溶于碱。其主要化学反应式如下： HO6PMgNO6HPg 242442实验试剂为分析纯 和 。药剂按一定的配比和MCl21a4顺序加入废水中，用浓度为 10 的 溶液调节反应液的 pH 值，搅拌mg/L20min，使其充分反应。将反应完后的反应液通过重力沉降，使其中的固液分离
42、，测定上清夜中剩余氨氮、总磷、镁的浓度，并对固体物进行含量分析。4.2 实验仪器及药品4.2.1 实验仪器实验中所用仪器见表4.1表4.1 实验仪器第 18 页 名称 规格型号 生产厂家分光光度计 721 上海光学仪器厂比色皿 2cm 上海精密科学仪器有限公司分析天平 TG328B 上海精密科学仪器有限公司锥形瓶 100mL 延庆县精品玻璃仪器厂移液管 1.0mL，5.0mL 等 延庆县精品玻璃仪器厂具塞比色管 50mL 延庆县精品玻璃仪器厂中速定量滤纸 中国上海三爱思试剂有限公司烧杯 上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司磁力搅拌器 太原市新兴玻璃仪器厂4.2.2 实验药品实验中所用药品见表4.2表
43、4.2 实验药品名称 规格 生产厂家碘化钾 分析纯 太原市晋源化学试剂厂碘化汞 分析纯 太原市晋源化学试剂厂酒石酸钾钠 分析纯 天津市化学试剂一厂浓盐酸 分析纯 太原市晋源化学试剂厂浓硫酸 分析纯 北京化工厂氧化镁 分析纯 天津市科密欧化学试剂开发中心氯化钠 分析纯 太原市晋源化学试剂厂磷酸二氢钾 分析纯 天津市化学试剂一厂4.3 化学沉淀法处理吸水性树脂废水的实验测定（1）镁盐的配制将适量氧化镁溶解于少量浓盐酸溶液中，溶解后，稀释至不同程度，充分混匀，撕取 pH 试纸测定实验前废水 pH 值，呈酸性，分装于试管中，贮存于冷暗处备用。（2）磷酸氢二钠溶液的制备第 19 页 打开分析天平，调零，
44、取磷酸氢二钠适量,置于烧杯中，缓慢加入去离子水，同时用玻璃棒不断搅拌，直至完全溶解，贮存于冷暗处备用。4.3.1 试验步骤(1) 废水中氨氮浓度的测定本试验处理废水，采用静放 6 小时的吸水性树脂的生产废水。取 100ml 废水，测其氨氮浓度，方法同 2.3 高吸水性树脂废水中氨氮的测定。(2) 量取废水移取吸水性树脂废水100 于200 烧杯中，废水呈较浅棕黄色，撕取pH 试mll纸测定实验前废水pH值，大致为13。（2）反应将废水溶液，置于定时恒温磁力搅拌器上，在 30、120r/min 条件下缓慢加入适量氧化镁溶液和磷酸氢二钠溶液，首先看到有少量乳白色絮状沉淀产生，随后有部分消失。（4）
45、调节 pH 值用滴管缓慢向混合废水中滴加氢氧化钠溶液，调节 pH 值为 9.0 左右。，乳白色沉淀再次出现，并且开始增加，继续搅拌。（5）固液分离50min 后，把反应溶液取下，用滤纸进行过滤，得到较清液和为黄色固体，固体为磷酸铵镁（MAP） 。（6）再次测氮取得到的清液测定氨氮含量，氨氮的测定同上述方法。在该条件下进行多次研究试验，通过试验，可以大致确定对氨氮去除率的影响的因素有药剂投加量、溶液 pH、搅拌时间。5 讨论单因数对处理效果影响5.1 药剂投加量对氨氮去除率的影响5.1.1 磷酸盐投加量对氨氮去除率的影响实验研究（1）移取吸水性树脂废水100 于200 烧杯中，废水呈较浅棕黄色，
46、撕取mll第 20 页 pH试纸测定实验前废水pH值，大致为13。（2）移取适量氯化镁溶液，缓慢加入到废水中，用玻璃棒搅拌，至完全融合，使其 ： （摩尔比）配比为 1：1，贮存备用。Mg4NH（3）将混合后的废水溶液，置于定时恒温磁力搅拌器上，在 30、120r/min条件下缓慢加入磷酸盐溶液，首先看到有少量乳白色絮状沉淀产生，随后有部分消失。（4）用滴管缓慢向混合废水中滴加氢氧化钠溶液，调节 pH 值为 9.0 左右。，乳白色沉淀再次出现，并且开始增加，继续搅拌。50min 后取下，静置 60min，去上层清液测定氨氮含量，氨氮的测定同上述方法。（5）改变 ： 投加比例，做多组对比试验。方法
47、同上4NH-3PO生成磷酸氨镁沉淀的反应中，理论上 ： ： （摩尔比，下同）应2Mg4NH-3PO为 1：1：1。实验研究表明，按此配比虽然能提高氨氮的去除率，但处理后的出水中残磷的质量浓度较高，带来了磷的污染。因此为了确保废水处理效果并避免产生二次污染，根据反应动力学原理，在确定 最佳投加量后改12Pa42变 投加比例。试验数据整理为表 5.1O6HMgCl2表 5.1 磷酸盐投加比例实验数据表： ： 剩余氨氮浓度 氨氮去除率% 残磷浓度24N-3Pmg/Lmg/L1：1：0.7 97.5 34.2% 0.631：1：0.8 75.6 48.9% 0.811：1：0.9 43.9 70.3% 1.271：1：1 32.1 78.3% 1.781：1：1.1 27.8 81.2% 2.25由表 5.1 绘制氨氮去除率和残磷浓度随磷酸盐投加量变化曲线图。第 21 页 01020304050607080900.7 0.8 0.9 1 1.1磷酸盐投加比例氨氮去除率（%）氨氮图 5.1 磷酸盐投加比例对去除率影响00.511.522.50.7 0.8 0.9 1 1.1磷酸盐投加比例残磷浓度（mg/L）残磷图 5.2 磷酸盐投加比例对残磷浓度影响由图 5.1、图 5.2 可知，增加磷酸盐的投加量，有利于产生磷酸氨镁沉淀，氨氮去除
