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毕业论文开题报告

题目：

7-ACA综合废水预处理试验研究

学生姓名：

苏义敬学号：

070401219

专业：

环境工程

指导教师：

李再兴（副教授）

2011年3月20日

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：

随着工业的快速发展和人类活动的影响，水体中氨氮含量日趋增高。

目前，大多数人认为，磷和氮是引起富营养化的主要因素[1]。

在我国，水体富营养化问题不断加重，其中多数湖泊、水库受到氮、磷的污染，而且近30年来呈迅速增长趋势。

许多大型湖泊如巢湖、太湖、鄱阳湖、滇池等，都已经处于富营养化或严重富营养化状态。

部分河段出现了富营养化现象，如黄浦江流域、珠江广州河段等。

近海海域因富营养化出现“赤潮”的频率升高，并且有逐年加剧的态势。

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。

它对环境的影响主要体现在：

降低水的品质、加速水体富营养化进程、影响人类健康[2]、破坏水体生态平衡、降低水处理系统运行效果以及降低水体的观赏和旅游价值等。

1高氨氮废水的主要来源

高氨氮废水主要产生于工业生产过程中，其中钢铁、化工、制药、造纸、印染等行业的废水中氮的含量相当高。

据报道，2008年全国工业废水的排放量是245亿吨，但因为技术与资金的原因，大部分工业废水只经简单处理甚至未经任何处理就直接排入江河等水体中，废水中所含的氮物质也就不断地在水体中累积了下来。

2高氨氮废水主要处理方法

目前，高氨氮废水的处理技术包括物理化学处理、生物处理方法，各自具有不同的特点。

2.1物理化学法脱氮

2.1.1空气吹脱法

空气吹脱法是在碱性条件下，大量空气与废水接触而使其中的氨氮转换成游离氨被吹出，从而去除废水中的氨氮。

此法也叫氨解吸法，解吸速率与温度、气液比有关。

当投加石灰使水体pH>11、气液比为3000：

1时，经逆流塔吹脱后氨氮去除率可达90%以上。

该法的优点是适于高氮废水的预处理，脱氮率高，操作灵活，占地小。

但缺点是NH3-N仅从溶解状态转化为气态并没有彻底去除；当温度降低时，脱氮率会急剧下降；随着使用时间的延长，装置及管道内易产生CaCO3沉淀；该法需不断鼓气、加碱，出水需再加酸调低pH，以致处理费用相对较高；该方法还存在一个很大的缺点，即吹脱气体携带大量氨气直接进入了大气而造成二次污染。

王献平等[3]采用吹脱+A/O工艺处理某氮肥企业的高氨氮废水，当进水氨氮为641~868mg/L时，出水氨氮始终稳定在1mg/L左右，远远优于国家规定的排放标准。

因此，对于氮肥厂高氨氮污水，采取吹脱+A/O工艺进行处理是可行的。

2.1.2电化学氧化法

电化学氧化法是利用具有催化活性的电极氧化去除水中污染物的方法，包括污染物在电极上发生直接电化学反应和利用电极表面产生强氧化性活性物种使污染物发生氧化还原转变的间接电化学反应。

鲁剑等[4]针对传统高氨氮废水处理工艺存在二次污染、出水氨氮值偏高等问题，采用电化学氧化法对高氨氮配水进行试验研究，分别考察了电流强度、氯离子浓度和面体比对氨氮去除效果的影响，结果表明：

在电流强度为9A、投加氯化钠摩尔比（NH3-N/Cl-）为1∶4、极板间距为1cm、面体比为40m2/m3时，电解90min后，氨氮浓度可以从2000mg/L降至247.51mg/L；该方法运用于高氨氮废水的脱氮处理具有较好的应用前景。

2.1.3磷酸铵镁沉淀法

磷酸铵镁沉淀法（MAP）[5]是一种可有效去除废水中高浓度氨氮的物化方法。

通过在废水中投加镁化合物和磷酸或磷酸氢盐，生成磷酸铵镁沉淀，从而去除废水中的氨氮。

磷酸铵镁沉淀是一种复合肥料[6]，可实现废物资源化，是一种很被看好的可持续发展水处理技术。

目前研究者们对MAP沉淀法处理垃圾渗滤液、半导体废水等进行了研究。

陈徉等[7]用磷酸铵镁沉淀法处理氨氮废水，在pH值为8.5、反应时间为20min、n（PO43-）：

n（Mg2+）：

n（NH4+）=1.2：

1.1：

1的最佳条件下，对氨氮的去除率为97.6%。

采用加入足量饱和的Ca（OH）2溶液的方法，可使上层清液中多余的Mg2+与PO43-生成Mg（OH）2和Ca3（PO4）2沉淀，离心后再用浓硫酸溶解，可达到回用的目的，而处理后上清液中剩余磷酸盐<1mg/L，达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的二级排放标准。

所得MgNH4PO4沉淀经加热碱[8-9]溶后回用，MgNH4PO4沉淀的回用次数<6时，对氨氮的去除率在80%左右；所得MgNH4PO4沉淀经加酸溶解后再回用，对氨氮的去除率最高为35%。

与普通沉淀法相比，降低了成本。

尚爱安等[10]研究了磷酸铵镁沉淀法（MAP）去除氨氮、COD以及难降解有机物的效果。

试验结果表明，在投加药剂Mg2+∶NH4+∶PO43-摩尔比为1∶1∶0.7，pH为9～9.5的条件下，垃圾渗滤液氨氮的去除率在70%左右，COD的去除率为10%～20%，而难降解有机物的去除率达到了40%～50%（以UV260表征）。

MAP法除具有去除NH3-N的作用外，还具有对渗滤液的混凝作用：

不但可以去除一部分COD，降低后续生化处理负荷，而且还可以去除一部分难降解有机物和对微生物生长有抑制作用的有毒有害物质，改善渗滤液的可生化性。

Warmadewanthi等[11]研究了磷酸铵镁法处理生产半导体产生的含氟废水，并回收磷酸盐和氨。

氯化镁（MgCl3.6H2O）作为沉淀试剂，在pH值为9时，当[Mg2+]:

[PO43−]的化学计量比为1:

1时，可去除47%的磷酸盐。

磷酸盐的去除效率随摩尔比的增加而显著增加，当摩尔比提高到3:

1时去除率达到92.1%。

当pH为9，[Mg2+]:

[PO43−]为2.5:

1时，可去除84.2%的磷和33.5%的氨氮。

然而，摩尔比较高时氨氮去除率降低。

pH为9时，最优[Mg2+]:

[NH4+]:

[PO43−]值为2.5:

15:

1，并且磷去除率达到了92.5%。

实验结果证明，从半导体废水中去除和回收磷和氨氮是可行的。

2.1.4折点氯化法

折点氯化法是将氯气（生产上用加氯机将氯气制成氯水）或次氯酸钠投入废水，将废水中的氨氮氧化成氮气的化学脱氮工艺[12]。

折点氯化法最突出的优点是通过正确控制加氯量和对流量进行均，去除废水中的全部氨氮反应迅速，处理效果稳定，不受水温影响，所需设备投资少。

缺点是处理成本较高，副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污染，液氯的安全使用和贮存要求较严，处理成本较高。

因此，一般用于给水处理，不适合处理大水量的高浓度氨氮废水，常将其用于深度脱氮处理，所需的实际氯气量取决于温度、pH及氨氮浓度。

2.2生物脱氮方法

2.2.1传统的生物脱氮方法

传统的生物脱氮技术主要包括A/O、A2/O、氧化沟以及各种改进型SBR（多级SBR法、A-SBR法、膜-SBR法等）工艺。

郝祥超等[13]采用A/O工艺处理高氨氮废水，通过近一个月的调试，出水氨氮均在5mg/L以下，COD在50mg/L以下；该工艺耐冲击，处理效果稳定，且出水各项指标均达到国家规定的行业排放标准。

A2/O生物处理法是在A/O工艺的基础上改进而发展起来的工艺。

脱氮采用硝化、反硝化的原理。

该法在A/O工艺中增加一个厌氧段可减轻后续反硝化一硝化系统中的NO3--N的积累，因为厌氧（酸化）作用将一部分难降解的有机物转化成为易降解的有机物，提高了可生化性，为缺氧段提供了较好脱氮环境。

陈平等[14]采用SBR工艺处理焦化废水，探讨了pH值及碱度对有机物降解及生物脱氮的影响。

试验结果表明，pH值8.5~9.2时，COD和NH3-N去除率均较高。

出水NO2-积累，生物脱氮以短程硝化-反硝化的途径进行，NO2-对COD浓度的贡献值得重视。

好氧反硝化脱氮约占总氮去除率的30.3%。

2.2.2同步硝化反硝化（SND）

同步硝化反硝化生物脱氮技术与传统生物脱氮技术相比，具有节省碳源、减少曝气量、简化了工艺流程，缩短水力停留时间，减小反应器的体积和占地面积等优点。

目前关于同步硝化反硝化已有较多研究报道，如生物转盘、序批式活性污泥反应器、膜生物反应器中均可实现同步硝化反硝化脱氮等。

邹联沛[15]研究在膜反应器（MBR）中，溶解氧为1mg/L左右，MLSS为8000～9000mg/L，温度为24℃，进水pH值为7.2，COD、NH3-N分别为523～700mg/L和17.24～24mg/L的相对稳定条件下，对COD、NH3-N、TN的去除率分别为96%、95%、92%。

2.2.3短程硝化反硝化法

目前，短程硝化反硝化典型工艺为SHARON工艺[16]，其基本原理是将NH3-N氧化控制在亚硝化阶段，然后进行反硝化。

它是利用高温（一般为30~40℃）有利于亚硝酸菌增殖的特点，使硝酸菌失去竞争，同时通过控制污泥龄淘汰硝酸菌，使反应器中的亚硝酸菌占绝对优势，从而使硝化反应处于亚硝化阶段，并通过间歇曝气便可达到反硝化的目的。

短程硝化—反硝化生物脱氮可有如下优点：

①对于活性污泥法，可节省氧供应量的25%，降低能耗；②节省反硝化所需碳源的40%，在C/N比一定的情况下提高TN的去除率；③减少污泥生成量可达50%；④减少投碱量；⑤缩短反应时间，相应反应器容积减少。

2.2.4厌氧氨氧化

厌氧氨氧化是指在厌氧条件下，微生物直接以NH4+为电子供体，以NO3－、NO2－为电子受体，将NH4+、NO3－或NO2－转变成N2的生物氧化过程[17]。

马富国等[18]在处理消化污泥脱水液时采用缺氧滤床+好氧悬浮填料生物膜工艺，实现部分亚硝化，然后进行厌氧氨氧化（ANAMMOX）。

在15~29℃、DO6~9mg/L条件下，通过综合调控进水氨氮负荷（ALR）、进水碱度/氨氮、水力停留时间（HRT）等运行参数，可以调节出水（NO2--N）/（NH4+-N）的比率，能够较好地实现部分亚硝化反应以完成厌氧氨氧化。

当进水ALR为1.16kg/（m3·d），进水碱度/氨氮为5.1时，出水（NO2--N）/（NH4+-N）在1.2左右，（NO2--N）/（NOx--N）大于90%，厌氧氨氧化对氮的去除率达到83.8%。

3小结

高浓度氨氮废水直接排入水体对环境的污染加重。

氨氮是导致水体富营养化进程加快的重要污染物质，而废水中含有的大量可利用物质也被浪费，随着全球水环境不断恶化及公众环保意识日益增强，各国都纷纷制定了严格的氨氮排放标准。

因此，探索经济有效的氨氮废水处理技术己成为当前水处理领域的热点和难点。

目前，氨氮的处理方法主要有吹脱法、化学沉淀法、离子交换法、电化学氧化法和生物脱氮技术等。

化学沉淀法是近年来兴起的一种去除高浓度氨氮的新方法，该方法可以将废水中的氨以沉淀物的形式固定下来，相比于其他氨氮去除方法具有操作管理方便、能有效去除废水中的氨氮，最重要的是反应产物作为缓释肥料可以实现氨氮的回收再利用。

以后可以从提高氨氮去除效率方面加以理论研究，找出经济高效稳定的处理工艺。

参考文献：

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33～35

3王献平，陶冶，李韧.吹脱+A/O工艺处理氮肥企业高氨氮废水的工程实践.河南化工，2007，24（8）：

37～39

4鲁剑，张勇，吴盟盟.电化学氧化法处理高氨氮废水的试验研究.安全与环境工程，2010，17

（2）:

51～53

5MariskaRonteltapa，MaxMaurer，WilliGujer.Thebehaviourofpharmaceuticalsandheavymetalsduringstruviteprecipitationinurine.WaterResearch，2007，41：

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6LiXZ，ZhaoQL.Recoveryofammoniumnitrogenfromlandfill.2003，20：

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7陈徉，陈英文，彭慧等.磷酸铵镁沉淀法预处理氨氮废水及沉淀剂的回用.化工环保，2008，28

（1）：

16～19

8ShilongHe，YuZhang，MinYang.RepeateduseofMAPdecompositionresiduesfortheremovalofhighammoniumconcentrationfromlandfillleachate.Chemosphere，2007，66:

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9ShigeruSugiyama，MasahikoYokoyamaa，HisaakiIshizuka.Removalofaqueousammoniumwithmagnesiumphosphatesobtainedfromtheammonium-eliminationofmagnesiumammoniumphosphate.JournalofColloidandInterfaceScience，2005，292：

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10尚爱安，赵庆祥，徐美燕.垃圾渗滤液的磷酸铵镁沉淀法预处理技术研究.给水排水，2004，30（11）：

22～25

11Warmadewanthi,LiuJ.C.Recoveryofphosphateandammoniumasstruvitefromsemiconductorwastewater.SeparationandPurificationTechnology，Amsterdam，2009，64：

368–373

12何岩，赵由才，周恭明.高浓度氨氮废水脱氮技术研究进展.工业水处理，2008，8

（1）：

1～4

13郝祥超，王良，张俊华等.工艺在高氨氮废水中的应用.环境科学与管理，2010，35（7）：

82～84

14陈平,顾景梅.pH值及碱度对焦化废水处理效果的影响.能源环境保护，2008，

（1）：

35～38

15邹联沛，张立秋，王宝贞等.MBR中DO对同步硝化反硝化的影响.中国给水排水，2001，17（6）：

10～14

16姚阔为，杨健，聂静等.短程硝化-反硝化生物脱氮技术研究.油气田环境保护，2006，16（4）：

19～21

17王微微，高路，郭子洋.废水生物脱氮工艺综述.黑龙江水利科技，2010，38

（1）：

127～128

18马富国，张树军，曹相生等.部分亚硝化-厌氧氨氧化耦合工艺处理污泥脱水液.中国环境科学，2009，29

（2）：

219～224

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径：

随着人们对环境质量的重视，高氨氮废水的排放标准越来越严格。

7-ACA是合成头孢菌素的的母核，是头孢类抗生素的重要中间体，其产量年均增长速度在10%左右，目前其产量已处于世界抗生素产量的前列。

7-ACA生产过程中会产生大量的工业废水，该类氨氮浓度高、成分复杂、可生化性差、对后续生物处理有抑制作用等特点。

因此，若要对7-ACA废水进行生物处理，必须对高浓度的氨氮进行预处理，以降低其中NH3-N的浓度。

氨氮的处理方法主要有吹脱法、化学沉淀法、离子交换法、电化学氧化法和生物脱氮技术等。

磷酸铵镁法属于化学沉淀法，其可以将废水中的氨以沉淀物的形式固定下来，相比于其他氨氮去除方法具有操作管理方便、能有效去除废水中的氨氮的特性，最重要的是反应产物作为缓释肥料可以实现氨氮的回收再利用。

本课题选取磷酸铵镁沉淀法预处理7-ACA废水。

通过对不同沉淀剂组合、pH值、Mg2+：

NH4+：

PO43-及反应时间等条件的优化，实现对7-ACA废水脱氮及提高其可生化性的目的，为后续生化处理奠定基础。

指导教师意见：

指导教师：

2011年3月20日