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改革开放以来,我国经济水平迅猛发展,人民生活水平日益提高,污染物的排放也随之增加,导致环境问题日益突出。在众多环境问题中,水污染问题尤为严重。受污染的水体不仅影响水体中动植物的生存,也直接影响人类的身体健康。
在各种水污染事件中,氨氮含量的超标较为常见,产生的危害也比较严重。科学工作者的研究发现,一旦过量氨氮进入水体可导致水体缺氧,滋生有害水生物,导致鱼虾贝类中毒,并且人类在食用此种鱼类后,有可能会有轻度中毒状,甚至死亡。除此之外,氨氮还会影响鱼鳃的氧气传递,浓度较高时甚至导致鱼类死亡。大量的氨氮废水排入江河湖海,给工业用水的处理带来了困难。在用氯消毒时,氨氮会与氯气作用生成氯胺,明显降低氯的消毒效率,大大增加了氯的需要量;氨转化为硝酸,又由饮用水引发婴儿的高铁血红蛋白症,危害巨大。
鉴于氨氮含量超标对水体危害之大,长期以来,各国研究学者都致力于对高氨氮废水治理方法的研究。主要有生物脱氮法、物理化学法、化学沉淀法。各种处理高氨氮废水的方法均弊利共存,本课题主要是对当前较为兴起的化学沉淀法进行了研究,在总结前人研究成果的基础之上,考察了化学沉淀法中各项因素对氨氮去除率的影响,并对实验产物的某些特性进行了初步分析,取得了以下实验性的结论:
(1)在四种备选组合药剂中,MgCl2·6H2O与Na2HPO4·12H2O的沉淀效果最好,氨氮去除率最高。
(2)正交试验的结果表明:pH值对反应结果的影响最大,N:Mg摩尔比影响次之,初始氨氮浓度对反应结果的影响较小,N:P摩尔比的影响最小。
(3)通过单因素优化试验分析,确定了最佳pH值范围为9~9.5;最佳N:P摩尔比为1:1.1;最佳N:Mg摩尔比为1:1.1;反应时间对氨氮去除率影响不大,但是有资料显示反应时间的延长有助于磷酸铵镁晶体颗粒的生长。
(4)水溶实验结果表明磷酸铵镁晶体中的营养元素在静置水溶液中(室温)可以缓慢释放。pH值对晶体营养元素的释放有影响。
(5)热解实验考察了加碱量、热解时间和热解温度对氨氮去除效果的影响,并得到最佳热解条件:加碱量OH-:NH4+摩尔比值为1;热解时间2h;热解温度90℃。
(6)pH值对沉淀产物的纯度影响重大,当pH值为9~9.5时,磷酸铵镁纯度最高,pH值超过10时,即开始产生副产物Mg3(PO4)2,pH值达到11时,产生副产物Mg(OH)2。
(7)对沉淀产物进一步做显微镜分析,并与进口磷酸铵镁样品相比较,发现磷酸铵镁晶体形状随着pH值的增加(pH=9~11)而由斜方形向针形转变;对比磷酸镁显微镜结果,发现当反应条件pH>10时,沉淀产物中即开始出现针形物质(可能为Mg3(PO4)2和Mg(OH)2)。
根据本课题的研究成果,化学沉淀法不但去除了污染物,还回收了氨氮污染物,得到的产物具有缓释肥的相关特性,最终达到了变废为宝的目的。也就是说,在保证处理效果的同时,化学沉淀法不但可以节省运行费用,还能带来巨大的环境效益和经济效益。