磷酸铵镁化学沉淀法循环处理高氨氮废水研究

论文摘要

高氨氮废水脱氮作为水处理领域的热点和难点问题,正日益受到全球专家和学者的关注。向含NH4+废水中加入Mg2+和PO43-,使之生成难溶复盐MgNH4PO4,此方法称为磷酸铵镁化学沉淀法。该方法的优点是工艺简单、反应迅速、去除率高、尤其适用于高浓度氨氮废水的处理。论文在大量试验的基础上,以Na2HPO4和MgCl2为沉淀剂处理模拟高浓度氨氮废水,通过单因素分析与正交试验设计总结出了pH值、反应药剂配比等与氨氮去除率的关系以及各影响因素主次水平,并得出处理高浓度氨氮废水最佳的工艺条件:在pH值为9.5、n（Mg）:n（N）:n（P）=1.3:1:1.1的反应条件下,氨氮去除率达到98%以上。论文还探索了磷酸铵镁化学沉淀法的反应回收装置。论文研究了沉淀反应机理和沉淀物性能。pH值对氨氮去除率的影响遵循酸效应和化学平衡原理,酸效应、同离子效应和盐效应解释了配比对氨氮去除率的影响。沉淀物具有良好的沉降性能,易于回收分离,几乎不须特别的脱水工艺。X射线衍射分析表明沉淀物主要成分为磷酸铵镁晶体。为降低药剂费用,论文试验将磷酸铵镁热解产物回用于废水脱氮。论文通过试验磷酸铵镁的直接加热分解和加碱加热分解两种热解过程,结果表明加碱加热分解产物脱氮效果更好。对制得的磷酸铵镁进行加碱热解,通过单因素分析与正交试验设计确定加碱量、反应时间和反应温度对热解效果的影响,以及各影响因素的主次水平,得出最佳热解条件:在加碱量为n（OH-）:n（NH4+）=1:1、反应时间2h、反应温度90℃的反应条件下,氨氮去除率达到96%以上。然后用热解产物处理高氨氮废水,在pH值为9.5、反应时间为3h的反应条件下,氨氮去除率达到93%以上,证明了磷酸铵镁热解回用的可行性。随着循环次数的上升,氨氮去除效率略有下降,到第4次回用时氨氮去除率降到81.62%,综合5次循环脱氮,药剂费用约为9.69元/吨。以化学沉淀法去除高浓度氨氮废水中的氨氮,并把沉淀物磷酸铵镁加碱热解,热解产物作为新一轮化学沉淀法脱氮反应的Mg、P源回用,降低了化学沉淀法的药剂费用,为化学沉淀法的广泛应用奠定了基础。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 高浓度氨氮废水的来源
• 1.2 氨氮污染物的危害
• 1.3 高浓度氨氮废水处理技术综述
• 1.3.1 生物脱氮法
• 1.3.2 物理化学法
• 1.3.3 化学沉淀法
• 1.4 论文研究内容和意义
• 1.4.1 论文研究内容
• 1.4.2 研究意义
• 2 磷酸铵镁法处理高浓度氨氮废水工艺研究
• 2.1 前言
• 2.2 试验材料和分析方法
• 2.2.1 试验水样
• 2.2.2 试验仪器
• 2.2.3 试验试剂
• 2.2.4 氮磷分析方法
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 单因素试验
• 2.3.2 正交试验设计
• 2.4 单因素试验结果与讨论
• 2.4.1 反应最佳pH值的确定
• 2.4.2 反应最佳投配比的确定
• 2.4.3 反应最佳时间的确定
• 2.4.4 单因素试验结论
• 2.5 正交试验结果与讨论
• 2.5.1 选表
• 2.5.2 残余氨氮结果分析
• 2.5.3 残余磷量结果分析
• 2.5.4 正交试验结论
• 2.6 最优工艺试验
• 2.7 沉淀反应和回收装置设计
• 3 沉淀反应机理和沉淀物性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 沉淀反应机理研究
• 3.2.1 沉淀的形成过程
• 3.2.2 酸效应
• 3.2.3 同离子效应
• 3.2.4 盐效应
• 3.3 沉淀物沉降性能分析
• 3.4 沉淀物的X射线衍射分析
• 3.4.1 试验仪器
• 3.4.2 分析原理
• 3.4.3 分析结果
• 4 磷酸铵镁的热解试验研究
• 4.1 前言
• 4.2 试验材料
• 4.3 磷酸铵镁空气锻烧分解试验
• 4.3.1 磷酸铵镁的热分析
• 4.3.2 锻烧产物分析
• 4.4 磷酸铵镁加碱加热分解试验
• 4.4.1 磷酸铵镁加碱分解原理
• 4.4.2 试验方法
• 4.4.3 加碱热解产物的分析
• 4.5 两种热解方法的比较
• 5 磷酸铵镁法循环处理高氨氮废水的研究
• 5.1 前言
• 5.2 试验材料
• 5.3 试验步骤
• 5.3.1 磷酸铵镁的制备
• 5.3.2 磷酸铵镁的热解
• 5.3.3 热解产物废水试验
• 5.3.4 循环废水试验
• 5.4 热解反应结果与讨论
• 5.4.1 热解反应单因素试验
• 5.4.2 热解反应正交试验
• 5.4.3 最优工艺试验
• 5.5 废水试验结果与讨论
• 5.5.1 反应时间的影响
• 5.5.2 反应pH值的影响
• 5.6 磷酸铵镁法循环处理高氨氮废水效果
• 5.7 磷酸铵镁法循环工艺的处理成本
• 5.8 磷酸铵镁法循环处理高氨氮废水工艺流程
• 6 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集