氨氮开题报告

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XXXXX大学

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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（NH3-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]。

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，引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，即诱发正铁血红朊症(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（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，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-+3O2→2NO2+2H2O+4H+(1)

2NO2-+O2→ 2NO3 (2)

NH4-+2O2→NO3-+2H++H2O (3) 反硝化就是在缺氧条件下，由于反硝化菌的作用，将NO2-和NO3-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-+2CH3OH→6NO2-+2CO2+4H2O (4)

6NO2-+3CH3OH →3N2+3CO2+3H2O+6OH- (5) 传统生物硝化反硝化法的影响因素主要有：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[2]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/t[3]。赵宗升等人[4]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＜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HNO2-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[5]。

刘超翔等人[6]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[7]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1~2m/h、气水体积比3:1、水温20.5~26.5℃的条件下，对氨氮和总氮的去除能力分别为0.15~0.52 kg/(m3.d)和0.18~0.42 kg/(m3.d)。蒙爱红等人[8]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35℃，反应器内平均溶解氧浓度为0.5~2.5mg/L，pH值为7~7.8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NO3-；在进水氨氮容积负荷达到1.2kg/(m3.d)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，NH4+被氧化为NH2OH，NH2OH经N2H4、N2H2被转化为N2[9]。Broda[10]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-→2N 2↑+ H2O （6）

Muider[11]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→N 2↑+ 9H2O + 2H+（7）

与传统脱氮工艺相比[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。HURD[13]等采用低压聚酰胺膜处理垃圾渗滤液，当操作压力大于1. 03×106Pa时，氨氮的去除率大于88%，TOC和Cl-的去除率大于96%。LINDE[14]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