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饮用水中溶解性氮类化合物(DN)的研究进展_脱氮-论文网

时间:2014-12-24  作者:李伟,严烈,梁闯
电吸附具有运行成本低,操作使用方便可靠,维护工作量小,不会产生导致环境污染的二次排放物等特点。实验显示当氨氮进水浓度在0.18~0.4mg/L时,其去除率最低为72%,最高为95%。

⑵.生物处理法

生物处理技术的本质是水体天然净化的人工化,通过微生物的降解作用将氨氮去除。主要有生物滤池,生物接触氧化工艺,臭氧--生物活性碳工艺等。

生物滤池是在好氧条件下利用附着在载体上的生物膜对水中可生物降解物质进行去除的一种方法。生物滤池具有生物膜比表面积大、氧化能力强、管理简便,节省动力消耗、水力停留时间短等特点,尤其适用于有机物含量较低的水质净化。

生物接触氧化的关键在于填料的选择,因为填料作为微生物的载体影响着生物生长、繁殖和脱落,并且和处理效率、能耗、基建投资、稳定性等都有直接关系。目前常见的填料有半软性填料、组合填料、弹性立体填料、悬浮填料、陶粒填料和固定化微生物型填料等。生物接触氧化法的主要优点是处理能力大,抗冲击负荷能力较强,污泥生成量较少,基建及运行费用低;缺点是填料间水流缓慢,水力冲刷小,且其运行效果受诸多因素影响,特别是水温对氨氮去除有较大的影响,当水温低于5℃~8℃时,氨氮去除率较低。此法适用于氨氮含量较高的原水处理。

臭氧--生物活性碳工艺对氨氮的去除主要是利用活性炭上生长的微生物的降解作用,在溶解氧丰富的条件下,水中的氨氮先由亚硝化细菌氧化成亚硝酸盐,然后再由硝化细菌将亚硝酸盐氧化成硝酸盐。臭氧—生物活性碳工艺将活性炭物理化学吸附、臭氧的化学氧化、生物氧化降解作用紧密结合在一起,相互促进,使处理水水质明显提高。但是,由于受水中溶解氧的限制,该工艺不适于处理进水氨氮含量较高的原水。

⑶.膜滤法

膜技术的特点是能提供稳定可靠的水质,占地少、运行操作完全自动化。膜技术是一种绝对的物理过滤,多与生物处理联用去除氨氮。目前比较常见的处理工艺有膜生物反应器和预处理加膜过滤等。

目前生物法处理是祛除原水氨氮最有效、最经济的方法。另外对某些氨氮含量较高地表水,传统的饮用水处理工艺对氨氮去除能力较低,使得出厂水中仍保持较高浓度的氨氮。经同济大学刘文君等人实验发现可采用生物陶粒滤池预处理,可有效降低NH-N浓度,去除率在稳定运行时可达90%以上(水力停留时间33~20min,水气比1:1,温度5~31℃)。下向流与上向流生物陶粒滤池中,前者对NH-N祛除效果要优于后者,同时,温度对NH-N的祛除有一定影响,但影响不大。

3.2有机氮的祛除:

有机氮的祛除主要借助有机物的祛除而祛除。水体中非溶解性有机物在重力下或者截留作用下与水分离而祛除;溶解性有机物颗粒分子吸附在胶体颗粒表面形成有机涂层(organiccoating),这样随胶体的凝聚祛除而部分祛除。

3.2.1前期预处理

对含无机氮(主要是硝酸盐)的饮用水,在祛除有机氮前,先要对其进行预处理。根据Bronk的实验:在含氨水与氨基酸配制的标准溶液中进行,用Pd(5%)-Sn(1.75%)/AlO、Pd(5%)-In(1.75%)/AlO和Pd(5%)/SnO作为催化剂。Pd(5%)-Sn(1.75%)/AlO和Pd(5%)/SnO是由Pd和Sn氯化盐制备,Pd(5%)-In(1.75%)/AlO是由沉淀积淀而成。其中仿照天然水的组分,在溶解的有机物质中,氨基酸主要以联合氨基酸存在同时占DON比例很小(7.2±4.3%)(Bronk,2002)。因此,游离氨基酸不一定代表大部分DON。

实验显示,由于催化剂本身较低的吸附性,大部分的氨基酸表现出不到15%的祛除率。因为Pd-Sn/AlO和Pd-In/AlO,组氨酸和含硫氨基酸(半胱氨酸和蛋氨酸)均显着减少,而丙氨酸反应增加。在使用Pd-In/AlO作为催化剂,其含量减少的同时氨氮的浓度也随之升高,但基本上与Pd-Sn/AlO、Pd/SnO做催化剂保持一致。另外,在分别使用不同的催化剂Pd-Sn/AlO、Pd-In/AlO、Pd/SnO时,TDN(totaldigestiblenutrients)会分别有不同程度的增加。这种现象可以由铵离子的释放以及源自催化剂自身的硝酸根离子来解释,这些催化剂是由铵离子和硝酸盐类制成的。这种离子的释放导致了在进行氧化还原的准备过程中盐类祛除的不彻底。

催化剂上吸附高浓度的硝酸盐可以促进N的生成。由于我们的目的是祛除有机氮,所以在祛除有机氮之前使用催化剂进行预处理对处理高浓度的含氮水来说是很有意义的,因为在预处理时可以祛除80%的DIN,减少对祛除DON的干扰。但仅仅进行这样的预处理是远远不够的,为了彻底祛除氮,还需进一步的措施除铵离子(如沸石吸附)。

当原水中含有NOM(natrualorganicmatter)时,催化剂会对其产生强大的吸附作用。因此,NOM会跟水中的氮类在在催化剂选择吸附活性上进行竞争,这可以解释为什么对氮的祛除活性降低以及在NOM的再生液中对铵离子的选择性会增加。

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