【摘要】：氨氮污染已經成為我國地表水的主要污染源,作為“十二·五”期間節(jié)能減排戰(zhàn)略中新增的約束性指標,氨氮廢水處理技術的理論研究與技術應用具有巨大的市場潛力和產業(yè)化應用前景。磷酸銨鎂結晶法,通過向廢水中投加鎂鹽和磷酸鹽與廢水中的氨氮反應生成磷酸銨鎂沉淀,可快速高效去除回收廢水中氨氮。目前,磷酸銨鎂結晶法已經成為氨氮廢水處理與氨氮資源回收的熱點研究技術之一。 但是,磷酸銨鎂結晶法氨氮回收技術過程中的參數調控、化學污泥利用,結晶反應裝備等問題是制約該技術推廣應用的主要影響因素。本論文以“基于磷酸銨鎂結晶法的氨氮回收技術過程研究”為題,針對目前技術過程中的技術瓶頸——參數調控、化學污泥、結晶反應裝備,采用精準沉淀反應調控、PHREEQC建模優(yōu)化、響應面智能化評估、磷酸銨鎂熱解脫氨、化學藥劑循環(huán)沉氨、U型流向路線設計、一體化連續(xù)流控制等技術路線,開展磷酸銨鎂結晶法反應參數優(yōu)化研究、熱力學建模評估技術研究、磷酸銨鎂堿促熱解循環(huán)沉氨技術研究、一體化新型結晶器研制等系列研究,為實施磷酸銨鎂結晶法回收氨氮技術過程提供依據。主要研究成果如下： (1)優(yōu)化了磷酸銨鎂結晶法氨氮回收技術過程工藝參數 對磷酸銨鎂結晶法回收氨氮的參數調控情況,磷酸銨鎂結晶動力學反應,化學污泥表征進行重點研究,結果表明：最佳的反應pH值范圍為9.0-10.5；最佳的Mg2+:NH4+:PO43-范圍為1.1-1.2:1:1; MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O沉淀劑組合沉氨效果最好；干擾離子Ca2+、CO32-、K+,離子強度,以及溫度會影響磷酸銨鎂結晶回收氨氮效果；磷酸銨鎂結晶的動力學反應過程符合一級反應動力學；X射線衍射分析和傅里葉變換紅外光譜分析表明磷酸銨鎂是沉淀產物的主要成分,掃描電子顯微鏡及能譜分析表明沉淀產物為不規(guī)則形態(tài)表面粗糙晶體。 (2)建立了磷酸銨鎂結晶法的熱力學評估預測模型 開發(fā)單因素仿真模擬與多因素評估的磷酸銨鎂結晶模型,對于參數調控優(yōu)化的理論研究與工程應用具有預測評估作用,結果表明：磷酸銨鎂飽和溶解指數值與pH值呈現多項式關系,分別與鎂氮比(Mg/N)、初始氮濃度(CN)、磷氮比(P/N)呈現對數關系,隨Mg/N、CN、P/N的增加而增加,分別隨鈣氮比(Ca/N)、碳酸根氮比(C032-/N)增加而降低,隨離子強度增加而降低,隨溫度變化而變化；響應面優(yōu)化法(RSM)分析認為pH、Mg/N、CN、Ca/N、(Mg/N)×(CO32-/N)、(pH)2、(Mg/N)2、以及(CN)2是磷酸銨鎂結晶的相對顯著影響因子；實驗證明熱力學建模有效預測磷酸銨鎂結晶法回收氨氮效率變化趨勢。 (3)解析了化學沉氨堿促熱解循環(huán)沉氨技術 利用磷酸銨鎂熱解脫氨及化學藥劑循環(huán)沉氨的技術路線,開展磷酸銨鎂堿促熱解循環(huán)沉氨技術研究,結果表明：當熱解溫度為110℃,熱解時間為3小時,OH":NH4+為2：1時,磷酸銨鎂堿促熱解脫氨效率大于90%,脫出氨氮可采用硫酸進行資源化回收；熱解產物循環(huán)沉氨最佳pH值為9.5；只添加磷酸銨鎂熱解產物循環(huán)作沉淀劑時,沉氨效率隨循環(huán)次數增加而下降,每次循環(huán)添加磷酸銨鎂熱解產物基礎上投加MgCl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O作為補充,沉氨效率不隨循環(huán)次數增加而下降；使用預制磷酸銨鎂作為晶種材料的加晶種技術可提高熱解產物循環(huán)沉氨效率。 (4)研制出了一體化連續(xù)流機械攪拌式結晶器 開展一體化新型磷酸銨鎂結晶器的研制,設計一體化連續(xù)流機械攪拌式結晶器(CSCSR),并對其運行情況進行研究,結果表明：采用U型流向路線設計,基于磷酸銨鎂結晶原理進行模塊分區(qū)研制CSCSR,在初始pH值為11.0、Mg/N為1：1、HRT為1.5h、Ca/N為0：1時,氨氮去除率達到91.08%；RSM分析認為Mg/N、Ca/N為CSCSR運行的顯著影響因子。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：X703.1

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