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1、学号：XXXXXXXXXXX大学本科生开题报告论文题目：学院名称：专业:姓 名：导师姓名：开题日期：年月曰开题报告页文献综述页文献翻译页翻译原文页开题报告的内容一. 课题来源、项目名称课题来源：自选项目名称：电化学氧化法去除水中氨氮的研究二. 对毕业设计的认识与要求1. 氨氮的来源、存在形式、危害及限值1.1氨氮的来源氨氮，指以氨或铵离子形式存在的化合氨。氨氮主要来源于人和动物的排泄物，生活污水中平均含氮量每人每年约 2.5-4.5 kg。雨水径流以及农用化肥的流失也是氨氮的重要来源。另外，氨氮还来自石油化工、冶金、油漆颜料、煤气、炼焦、鞣革、化肥等工业废水。1.2氨氮在水中的存在形式氮氮（n
2、h3-n）以游离氨（nh3）或铵盐（nh4+）的形式存在于水中，两者的组成比取决于水 的pH值。当pH值高时，游离氮比例高，反之则铵盐的比例高 。1.3氨氮的危害原水中氨氮的浓度较高时，会引起水体的“富营养化”，引发“赤潮”等现象，弓I起水中生物因缺氧而死亡。在微生物的作用下，水中的氨氮还能被氧化为亚硝酸盐或硝酸盐。研究发现亚 硝酸盐和硝酸盐会对人体健康造成两种危害，即诱发正铁血红肮症（尤其是婴儿）和产生致癌的亚硝胺。1.4国内外对饮用水中氨氮含量的限值目前，各个国家对于饮用水中氨氮浓度的限值有不同的规定。代表世界上先进的饮用水标准 的美国（2001年）、欧盟（98/83/EC）和世界卫生组织
3、（WHO）的标准中，美国并未对其进行规 定，欧共体水质标准中，氨氮的指导值为0.05mg/L ,最大允许值是0.5 mg/L , WHO限值1.5 mg/L。我国 于2006年12月29日颁布，2007年1月开始实施的生活饮用水卫生标准（GB-5749-2006）增加了氨 氮为非常规指标，限值为0.5 mg/L。2. 去除水中氨氮的主要方法目前，去除水体中所含氨氮主要有生物法，如藻类养殖、硝化反硝化法、固定化生物技术等；物理法，如反渗透法、蒸馏法、土壤灌溉法等；化学法，如氨吹脱法、化学沉淀法、离子交换法、折点氯 化法、化学氧化法、催化裂解法等。这些方法各有优缺点，适用条件和去除效果也各有不同，
4、要确定使用 何种方法去除水中氨氮，需综合考虑经费、能耗、水体氨氮浓度、水体pH值等多种因素。2.1生物法2.1.1传统生物硝化反硝化技术传统生物硝化反硝化技术的原理是：在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将 氨氮氧化 成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮；再在缺氧条件下，通过反硝化菌的作用，将亚硝酸盐氮和硝酸盐氮还原成氮 气，从而达到脱氮的目的。生物硝化是在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸盐和硝 酸盐的过 程。如果反应完全，氨氧化成硝酸盐分两阶段完成：开始，在亚硝酸菌的作用下使氨氧 化成亚硝酸盐，亚 硝酸菌属于强好氧型自养细菌，利用氨作为其唯一能源，方程式(1)为这个
5、反应关系式。第二阶段，在硝酸菌的作用下，使亚硝酸盐转化为硝酸盐，硝酸菌是以亚硝酸作为 唯一能源 的特种自养细菌，方程式(2)为这个反应的关系式。整个硝化反应可以用总方程式(3)来表示。2NH4 +302 2NO2+2H2O+4H(1)2NO2-+O2 T 2NO3NH4 +2O2TNO3 +2H +H2O(3)反硝化就是在缺氧条件下，由于反硝化菌的作用，将NO?-和NOf还原为N2的过程。其过程的电子供体是各种碳源，若以甲醇作碳源为例，其反应式为：6NO3 +2CHjOHt6NO2-+2CQ+4H2O(4)6NO2+3CH3OH T3N2+3CQ+3H2O+6OH-(5)传统生物硝化反硝化法的
6、影响因素主要有：pH值、温度、溶解氧、有机碳源等。该技术在工业化中得到了大规模的运用。沈连峰等人采用物化-水解酸化-A/O(厌氧/好氧)组合法处理焦化废水，工程实践表明，该工艺运行稳定且处理效果好，出水水质达到GB 8978 1996规定中的二级标准。吉林化学工业集团公司污水处理厂采用A/O法处理综合废水，这是一个典型的生物法处理污水工艺的工业运用。其氨氮去除率达到68%，污水处理成本为1.08元/七。赵宗升等人 采用厌氧-缺氧-好氧与混凝沉淀工艺处理垃圾填埋场渗滤液，当进水氨氮浓度为1300mg/L左右时，好氧出水氨氮浓度v 10 mg/L。2.1.2短程硝化反硝化短程硝化反硝化是在同一个反
7、应器中，先在有氧的条件下，利用氨氧化细菌将氨氧化成亚硝酸盐，然 后在缺氧的条件下，以有机物为电子供体，将亚硝酸盐反硝化，生成氮气。短程硝化反硝化的关键是如何控制硝化过程中影响HN02积累的因素，影响因素包括温度、游离氨、pH值、溶解氧、有害物质和污泥龄等。刘超翔等人采用短程硝化反硝化处理焦化废水的中试结果表明，进水氨氮浓度为510.4mg/L时，出水氨氮的平均浓度为14.2mg/L,去除率为97.2%。马军等人通过模型试验，研究了曝气生物滤池脱氮过程中的亚硝酸盐积累现象。曝气生物滤池在滤速12m/h、气水体积比3:1、水温3320.526.5 C的条件下，对氨氮和总氮的去除能力分别为0.150
8、.52 kg/(m .d)和0.180.42 kg/(m .d)。蒙爱红等人采用6L的完全混合式反应器进行了高浓度氨氮废水的短程硝化研究，在温度35C,反应器内平均溶解氧浓度为0.52.5mg/L, pH值为77.8的条件下，第26天实现了短程硝化，从第73天开始出水中检测不出NOf ;在进水氨氮容积负荷达到1.2kg/(m3d)时，氨氮去除率仍保持在95%以上。2.1.3厌氧氨氧化技术厌氧氨氧化技术的原理是在厌氧条件下，以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体，将氨氮直接氧化生成氮 气。目前推测厌氧氨氧化有多种途径，其中一种包括羟氨和亚硝酸盐生成N2O的反应，而n2o可以进一步转化为n2,氨被氧化为羟
9、氨。另一种是氨和羟氨反应生成联氨，联氨被转化成n2并生成 4个还原性H，还原性H被传递到亚硝酸还原系统形成羟氨。第三种是：一方面亚硝酸被还原为 NO, NO被还原为N2O, N2O再被还原成N2；另一方面，”巴+被氧化为NH2OH, NH2OH经N2H4、N2H2被 转化为N2。Brodam在1997年发表的一篇题为“在自然界中遗失的两种微生物”的论文中认为存在反 应式：NH4+ + NO-a2N 2 f + H2O(6)Muidercn在实验室规模的反硝化流化床反应器中，发现了氨和硝酸盐的同时消失，推测反应式为：5NH4+ +3NO3-4 2 f + 9H2O + 2H+( 7)与传统脱氮工
10、艺相比12，厌氧氨氧化不需要氧气，不需要外加碳源，产污泥量低等优点。2.2物理法反渗透法是去除水中氨氮较为高级的方法。反渗透法是利用反渗透膜选择性地通过溶剂而截留离子物质，以膜两侧静压差为动力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行 分离的膜过程。近年来国外污水处理工艺中广泛采用了反渗透技术。HURD13等采用低压聚酰胺膜处理垃圾渗滤液，当操作压力大于1.03x 106Pa时，氨氮的去除率大于88%, TOC和CI-的去除率大于96%。LINDE14等应用反渗透法分别处理了3种类型的垃圾渗滤液，对于传统填埋场和生化池的渗滤液来说，水通量与电导率呈线性关系，COD和氨氮去除率
11、大于98%，而特殊垃圾池的渗滤液由于渗透压很高，反渗透膜的水通量太低，因此不适用。反渗透法具有膜成本较 高，膜容 易被污染的缺点，目前在国内渗滤液处理上的应用不是很广。开发廉价、高效、耐污的反渗透膜是今后重点解决的问题。2.3化学法2.3.1氨吹脱、汽提法吹脱、汽提法用于脱除水中溶解气体和某些挥发性物质。即将气体通入水中，使气水相互充分接触，使水中溶解气体和挥发性溶质穿过气液界面，向气相转移，从而达到脱除污染物的目的。常用空气或水蒸气作载气，前者称为吹脱，后者称为汽提。氨吹脱、汽提是一个传质过程，即在高pH时， 使废水与空气密切接触从而降低废水中氨浓度的过程，推动力来自空气中氨的分压与废水中氨
12、浓度相当的 平衡分压之间的差。吹脱法一般采用吹脱池(也称曝气池)和吹脱塔两类设备，但吹脱池占地面积大，而且易污 染周围环境，所以有毒气体的吹脱都采用塔式设备。汽提则都在塔式设备中进行。吹脱法处理效果的影响因素主要有：pH值、温度、气液比、气体流速、初始浓度等。王军等对武汉流芳垃圾填埋场的渗滤液用吹脱池进行曝气氨吹脱，用石灰调节pH值至12以上，气液体积比为3 000时，经4h吹脱，p (氨氮)1075. 88 mg/L降至186.21 mg/L。卢平口6】等采用鼓风曝气 法进行 吹脱，将吹脱条件控制在pH=9.5,吹脱时间为12h，可使p (氨氮)1 400 mg/L降至530 mg/L。吴方
13、同亿等在25 C, pH值为10.511.0，气液体积比为29003600的条件下，采用规整填料塔 对渗滤液进行吹脱，氨吹脱效率达 95 %以上。2.3.2化学沉淀法化学沉淀法是将氨与化学沉淀剂H3PO4+MgO或Mg( OH)2反应，生成沉淀物以去除废水中的氨氮。该法除氨氮的机理如下：+3Mg2+NH4+PO4 nMg(NH，PO4 (S)( 8)该法的优势是氨氮以铵离子的形式被去除，在pH值较低条件下进行，并且生成的沉淀物Mg(NH4)PO4是一种复合肥料，特别是当废水中没有其他有毒物时，沉淀物可以直接作为肥料使用。赵庆良 口8等在pH值为8.59.0的渗滤液中投加MgCS 5战0和Na2
14、HPO4 - 12出。，当n(Mg2 + )： n(NH4+): n(PO43-)为1:1:1时，p (氨氮)由5619mg/L降低到65mg/L ,去除率达98%以上。潘终胜口9】 等采用盐酸、氧化镁和磷酸作为沉淀剂，在pH值为9.5, n(NH4) : n (Mg2 +) : n(PQ3-为1 : 1.2 : 时，可使渗滤液中的P (氨氮)由3320 mg/L降低到765 mg/L，沉淀速度快，氨氮去除率为 76.2%。 钟理等的实验表明，采用药剂MgO + H3PO1或MgHPO4可将氨氮有效去除，前一种药剂较优，适宜 的pH值为911，适宜的n(Mg2+) : n(NH4+)： n(P
15、O43-)为1 : 1 : 1, HsPQ与MgO的物质的量 比应大 于 1.5 : 1。2.3.3离子交换法离子交换法是利用固相离子交换及功能基团所带的可交换离子，与接触交换剂的溶液中相同 电性的离子进行交换反应，以达到离子的置换、分离、去除、浓缩等目的。沸石是一种具有三维空间结构的硅铝酸盐，因有规则的孔道结构和空穴，故具有筛分效应、交换吸附 选择性、热稳定性及形稳定性等优良性能。天然沸石的种类很多，用于去除氨氮的主要为斜发沸石，其对 某些阳离子的交换选择性次序为：K+、NH4+Na+Ba2+Ca2+Mg2+。利用斜发沸石对NH4+的强选择性，可以采用交换吸附工艺去除水中氨氮。交换吸附饱和的沸石经再生可重复利用。袁俊生2幻等采用斜发沸石去除工业污水中的氨氮，在pH =7时，每克沸石对铵的平均交换 容量达12.96mg，交换容量随pH值增大而降低，高速低温有利于吸附，低温高速有利于洗脱。吸附后的出 水中，P (氨氮)由246mg/L降到21.3 mg/L,去除率达91.3%。王士钊纣等采用斜发沸 石处理氨氮废水，实验表明在中性和
