改性沸石吸附柱去除氨氮的研究毕业论文(编辑修改稿)

改性沸石吸附柱去除氨氮的研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

脂，其中用得最多 的是对水中有机污染物和臭味有较强吸附作用的疏水性物质 — 活性炭。 活性炭（ AC）具有丰富微孔结构和表面憎水性，其对水中某些污染物有极强的亲和力，是有效的去除方法。 美国大多数水处理工作者认为，活性炭吸附是从水中去除多种有机物的“最佳实用技术”，可作为其它深度处理技术的一个参照标准。 活性炭可经济有效的去除嗅、味、色度、氯化有机物、农药、放射性污染物及其它人工合成有机物。 活性炭应用可以单独采用，亦可以与其它方法组合使用而取得更佳效果。 如活性炭与预氧化同时使用，可减少氯化有机物的生成量，此外还有生物活性炭等方法。 水处理 中颗粒活性炭（ GAC）使用较多，并已发展为球形活性炭、浸透型活性炭、高分子涂层活性炭等多种类型。 用活性炭做吸附剂去除水中污染物，虽能取得良好的效果，但其价格较贵，再生困难，对大部分极性短链含氧有机物，如甲醇、乙醇、甲醛、丙酮、甲酸等不能去除 [6]。 人们开始研制高效、价廉的粘土吸附材料作为水处理吸附剂。 粘土的比表面积大，低温再生能力强，储量丰富，但大量粘土投入混凝剂中也增加了沉淀池的排泥量，给生产运行带来了一定困难。 目前这类吸附剂大多数仍处于研究阶段，重点在于对其吸附性能和加工条件、表面改性等方面的探讨，以期 提高吸附容量和吸附速率。 离子交换法 (ion exchange process)是液相中的离子和固相中离子间所进行的的一种可逆性化学反应，当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体吸附，为维持水溶液的电中性，所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。 离子交换剂的种类很多，主要分为无机离子交换剂和有机离子 交换 剂。 离子交换法采用无机离子交换剂沸石作为交换树脂，沸石具有对非离子氨的吸附作用和与离子氨的离子交换作用，它是一类硅质的阳离子交换剂，成本低，对 4NH 有很强的选择性。 离子交换法具有投资省、工艺简单、占地小、操作较为方便、温度和毒物对脱氮率影响小等优点，适用于中低浓度的氨氮废水 (＜ 500mg/L)，对于高浓度的氨氮废水，会因树脂再生频繁而造成操作困难。 离子交换法去除率高，但再生液为高浓度氨氮废水，仍需进一步处理。 常用的离子交换系统有三种类型：固定床、混合床、移动床。 （ 3） 膜过滤技术 兰州理工大学石油化工学院毕业设计（ 论文 ） 4 膜分离法是新兴的高分离、浓缩、提纯、净化技术，是用天然或人工合成高分子薄膜做介质，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分溶液进行过滤 分离、分级提纯和富集的物理处理方法。 膜法在美国被 EPA推荐为最佳工艺之一，日本则把膜技术作为21世纪的基盘技术，并实施国家攻关项目“ 21 世纪水处理膜研究（ MAC21）”，专门开发膜净水系统 [7]。 目前常见的膜法有：微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、渗透蒸发、液膜及刚出现的毫微滤技术等。 从膜滤法的功能上看，反渗透能有效的去除水中的农药、表面活性剂、消毒副产物、 THMs、腐殖酸和色度等。 纳滤膜用于分子量在 300— 1000 范围内的有机物质的去除。 而超滤和微滤膜可去除腐殖酸等大分子量（大于 1000）的有机物。 因此， 膜滤技术是解决目前饮用水水质不佳的有效途径 [8]。 膜法能去除水中胶体、微粒、细菌和腐殖酸等大分子有机物，但对低分子量含氧有机物如丙酮、酚类、酸、丙酸几乎无效。 把膜工艺进一步应用到给水处理中的障碍是：基建投资和运转费用高，易发生堵塞，需要高水平的预处理和定期的化学清洗，还存在浓缩物处置的问题。 然而，随着清洗方式的改进，膜堵塞和膜污染问题的改善以及各种膜价格的降低，相信在不久的将来，膜法一定会在给排水领域造成重大影响。 化学技术 （ 1） 预氧化技术 预氧化技术是指向原水中加入强氧化剂，利用强氧化 剂的氧化能力，去除水中的有机污染物，提高混凝沉淀效果。 常用的氧化剂有氯气、臭氧和高锰酸钾等。 臭氧氧化法是在水处理中受到普遍关注的氯消毒副产物对人体具有致命危害之后开始重视并广泛采用的方法。 臭氧（ O3）是应用最广泛的新型氧化剂。 高锰酸钾预氧化可控制氯酚、 THMS 的生成，并有一定的色、嗅、味去除效果，对烯烃、醛、酮类化合物也有较好的去除能力。 但经高锰酸钾氧化后的产物中，有些是碱基置换突变物前驱物，它们不易被后续工艺去除，当 Cl2 投量高时，前驱物转化为致突变物，增加出水的致突变活性。 二氧化氯（ ClO2）可有 效破坏藻类、酚，改善水的色、嗅、味。 二氧化氯是氧化剂，不是氯化剂，不会像 Cl2 那样与水体中的有机物发生卤代反应而生成对人体有害的、致癌的有机卤代物。 有研究认为，甚至 ClO2本身的氧化作用也能去除 THMS 的前体物。 但是，往往由于氧化不彻底，一些小分子有机物更易生成三卤甲烷。 （ 2） 光化学氧化法 光化学氧化法是在化学氧化和光辐射的共同作用下，使氧化反应在速率和氧化能力上比单独的化学氧化、辐射有明显提高的一种水处理技术。 光氧化法均以紫外光为辐射源，同时水中需预先投入一定量氧化剂如过氧化氢，臭氧或一些催化剂，如染 料、腐殖质等。 它对难降解而具有毒性的小分子有机物去除效果极佳，光氧化反应使水中产生许多活性极高的自由基，这些自由基很容易破坏有机物结构。 属于光化学氧化法的如光敏化氧化，光激发氧化，光催化氧化等 [9]。 光激发氧化法是以臭氧、过氧化氢、氧和空气等作为氧化剂，将氧化剂的氧化作用和光化学辐射相结合，可产生氧化能力很强的自由基。 紫外 — 臭氧联用技术可以氧化臭氧所兰州理工大学石油化工学院毕业设计（ 论文 ） 5 不能氧化的微污染水中的有机物，如三氯甲烷、六氯苯、四氯化碳、苯，使之变成 CO2 和H2O，降低水中的致突变物活性，其氧化效果比单独使用 UV 和 O3 要好。 但是，紫外 — 臭氧工艺对有机物或 THMs 的去除能力还有待进一步探讨，而且该工艺费用较高，还不容易推广应用。 光催化氧化法是在水中加入一定数量的半导体催化剂，它在紫外线辐射下也能产生强氧化能力的自由基，能氧化水中的有机物，常用的催化剂有 TiO2。 该方法的强氧化性、对作用对象的无选择性与最终可使有机物完全矿化的特点，使光催化氧化在饮用水深度处理方面具有较好的应用前景。 但是 TiO2粉末颗粒细微，不便加以回收，同传统净水工艺相比，光催化氧化处理费用较高，设备复杂，近期内推广使用受到限制。 光催化氧化投入实际应用所需要解决的主要问 题是确定长期运行过程中催化剂中毒情况及寻求理想的再生方法；解决催化剂的分离回收或固定化问题；反应器的设计及提高光能利用率等。 可以预见，随着研究的不断深入，光催化氧化必将越来越得到重视 [10]。 光敏化降解主要的研究对象是水环境中的石油污染物直链烷烃。 敏化剂能够从直链烷烃的碳原子上夺取氢原子后生成羟基，在氧的作用下使其降解为酮、烯、醛、醇等。 这些化合物均比烷烃更加容易被水环境中的微生物所降解。 光敏化降解常用的敏化剂是蒽醌[11]。 光化学氧化法目前尚处于研制阶段，由于运行成本较大，尚难大规模的在生产中应用，但 该项技术发展很快，在生产上的应用将为期不远。 （ 3） 折点氯化法 折点氯化法是污水处理工程中脱氮的一种工艺。 它是将氯气通入废水中达到某一点，在该点时水中游离氯含量较低，而氨的浓度降为零。 当氯气通入量超过该点时，水中的游离氯就会增多。 因此，该点称为折点。 该状态下的氯化称为折点氯化。 折点氯化法除氨的机理为氯气与氨反应生成无害的氮气，其反应方程式为： +→ ++++，两者重量比为 76： 1，为了保证完全反应，一般氧化 1mg 氨氮需加 910mg 的氯气。 pH值在 67 时为最佳反应区间，接触时间为。 氯化法的处理率达 90%100%，处理效果稳定，不受水温影响，投资较少，折点氯化法的缺点是加氯量大，费用高，工艺过程中，每氧化 1mol 的氨氮会产酸 4mol，也就是说每氧化 1mg/L 的碱度 (以 CaCO3计 )来中和产生的酸，从而增加了总溶解固体的含量，副产物氯胺和氯代有机物会造成二次污 染。 （ 4） 湿式催化氧化法 湿式催化氧化法是八十年代中期国际上发展起来的一种治理高浓度有机废水的先进环保技术（属于物理化学方法），该技术的主 要原理是在一定压力（ 28Mpa）和温度（ 200280℃）下，经空气氧化使废水中的有机物、氨分别氧化分解成 CO H2O 及 N2等无害物质，达到净化目的。 可使焦化废水中 COD 和 NH3 N 的去除率分别达 99． 5％和99． 8％。 工业废水中含氮化合物的氨氮、氰化物、硫氰化物、有机氧化物等经湿式催化氧化法处理后，最终生成 N CO SO42等。 其反应如下： NH3+3／ 4O2=3／ 2H2O+1／ 2N2 NH4SCN+7／ 2O2=N2+ H2O+H2SO4+CO 兰州理工大学石油化工学院毕业设计（ 论文 ） 6 生物法 生物脱氮处理法就是利用 微生物的新陈代谢功能，通过微生物的吸附、降解废水中的有机污染物，将废水中呈溶解、胶体以及微细悬浮状态的有机物、有毒物等污染物质，转化为稳定、无害的物质的废水处理方法。 进行生物脱 氮 可分为硝化－反硝化两个步骤。 硝化反应是将氨氮转化为硝酸盐的过程，包括两个基本反应步骤 :由亚硝酸菌参与的将氨氮转化为亚硝酸盐的反应。 由硝酸菌参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应。 亚硝酸菌和硝酸菌都是自养菌， 它们利用废水中的碳源，通过与。 NH4+一 N 的氧化还原反应获得能量。 反应方程式如下 亚硝化 :2 NH4++3 O2→ 2 N02 +2H20+4 H+ 硝化 :2 NO2+O2→ 2 N03 硝化菌的适宜 pH值为。 最佳温度为 35 C ,温度对硝化菌的影响很大，温度下降 10 0C，硝化速度下降一半。 DO 浓度 :23mg/L。 BODS 负荷 : kgBODs/(kgMLSS178。 d)。 泥龄 35 d 以上。 在缺氧条件下，由于兼性脱氮菌 (反硝化菌 )的作用，将硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝 酸盐还原成 N 的过程，称为反硝化。 反硝化过程中的电子供体是各种各样的有机底物 (碳源 )。 以甲醇为碳源为例，其反应式为 : 6 N03+2CH30H→ 6 N02 +2CO2+4 H20 6 NO2 +3 CH3OH→ 3 N2+3CO2+3 H2O +6 OH 反硝化菌的适宜 pH 值为。 最佳温度为 30 C，当温度低于 10℃时，反硝化速度明显下降，而当温度低至 3℃时，反硝化作用将停止。 DO 浓度 : BODS/TN35。 生物脱氮法可去除多种含氮化合物，总氮去除率可达 70/ 95%，二次污染小且比较经济，因此在国内外运用最多。 新型生物脱氮法 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。 此外， pH和氨氮浓度等因素对脱氮类型具有重要影响。 （ 2） 厌氧氨氧化（ ANAMMOX）和全程自养脱氮 (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↑ +2H2O ANAMMOX 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： CANON 工艺和与中温亚硝化兰州理工大学石油化工学院毕业设计（ 论文 ） 7 （ SHARON）结合，构成 SHARONANAMMOX 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，它是 SHARON 和 ANAMMOX 工艺的结合，在同一个反应器中进行。 (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。 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 ）。 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。 在反硝化过程中会产生 N2O 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。 沸石矿物简介 沸石的资源分布 从地质学上讲沸石的形成是在内力地质作用中形成于晚期低温热液阶段。 主要见于岩浆岩 （特别是基性火山岩）的裂缝或杏仁体中，与方解石﹑ 石髓﹑ 石英等共生。 在外力地质作用中，沸石矿物分布很广，特别多见于有火山碎屑形成的沉积岩中。 目前世界上已有美、日、独联体以及匈牙利等 40 多个国家发现了沸石矿床，矿床总数达 1 千个以上，集中分布在环太平洋地区和古地中海地区，仅以独联体和美国而言储量就达 20亿吨以上。 日本沸石资源。