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超声吹脱去除水中高浓度氨氮的方法研究

作　者: 平凡
导　师: 张书廷
学　校: 天津大学
专　业: 环境科学
关键词: 氨氮高浓度超声波空气吹脱脱除路径经济性评价
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

氨氮是众多水体污染物中来源广又比较难降解一种。目前，国内主要采用的去除方法有传统生物脱氮法和物化脱氮法，对于处理浓度大于500mg·L^-1的高浓度氨氮废水，传统生物脱氮法存在着游离氨抑制微生物活性和增加供氧量等问题；而物化脱氮法中应用最为广泛的空气吹脱法存在着氨氮去除效率低的问题。基于超声波的空化作用，以及前人对超声波去除水中污染物的研究，本文提出了采用低声能密度的超声波与空气吹脱组合的方法去除水中高浓度氨氮。期待在保证去除效果的基础上，提高经济性。本文以配制的高浓度氨氮溶液为处理对象，比较超声吹脱法、单独超声法和单独吹脱法，在氨氮去除效果上的差异。三种方法的氨氮去除率均随时间的延长而增加，90min后增速减缓，180min时，氨氮去除率达到最大值，按上述顺序分别为85.84%、75.61%和62.01%，达到相同去除率时，超声吹脱法耗时为单独吹脱法的一半；超声吹脱法脱除氨氮的主要路径是高温热解反应生成N2和H2，以及空气吹脱出NH₃。超声吹脱法的氨氮去除率随pH、温度、声能密度和时间等因素的水平值的升高而增大，对于不同初始浓度的氨氮溶液，超声吹脱法具有很好的适应性；正交实验确定的各因素的主次关系依次为：温度、时间、pH和超声波声能密度，最佳水平值为温度65℃、时间120min、pH为12和声能密度为0.02W·mL^-1，此时氨氮的去除率为85.69%。三种处理方法去除水中高浓度氨氮的反应均符合一级反应动力学模型，表观速率常数按照超声吹脱法、单独超声法和单独吹脱法的顺序，依次增大；15min时，三种方法的单位时间去除氨氮量达到最大值，超声吹脱法为3.39mg·min^-1，是单独超声法的1.12倍，单独吹脱法的1.43倍，该点超声吹脱法去除单位质量氨氮的能耗最小，为162.10kW·h·kg^-1（NH₄⁺-N）。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-26
  1.1 研究背景  8-10
    1.1.1 氨氮的来源  8-9
    1.1.2 氨氮对环境的影响  9-10
  1.2 氨氮废水处理方法  10-15
    1.2.1 生物脱氮法  10-12
    1.2.2 高级氧化法  12-13
    1.2.3 物化脱氮法  13-15
  1.3 超声波理论及其应用  15-24
    1.3.1 超声波的物理特性、作用方式及用途  15-19
    1.3.2 超声波的作用特点  19-22
    1.3.3 超声波在水处理中的应用  22-24
  1.4 研究目的、意义和研究内容  24-26
    1.4.1 研究目的和意义  24-25
    1.4.2 研究内容  25-26
第二章实验装置及方法  26-31
  2.1 实验装置及试剂  26-28
    2.1.1 实验装置  26-27
    2.1.2 实验药品和试剂  27-28
  2.2 实验与分析方法  28-31
    2.2.1 实验方法  28-29
    2.2.2 分析方法  29-31
第三章不同处理方法氨氮脱除路径的分析及氨氮去除效果的差异  31-37
  3.1 不同处理方法氨氮脱除路径的分析  31-34
  3.2 不同处理方法氨氮去除效果的差异  34-36
  3.3 本章小结  36-37
第四章超声吹脱方法各因素水平与氨氮去除效果的关系  37-48
  4.1 pH 与氨氮去除效果的关系  37-38
  4.2 温度与氨氮去除效果的关系  38-40
  4.3 声能密度与氨氮去除效果的关系  40-41
  4.4 时间和初始浓度与氨氮去除效果的关系  41-43
  4.5 超声吹脱方法各因素水平的优选  43-46
    4.5.1 因素-水平表的确定  44
    4.5.2 极差分析及最佳水平值  44-46
  4.6 本章小结  46-48
第五章动力学解析及经济性评价  48-57
  5.1 动力学解析  48-51
  5.2 经济性评价  51-55
  5.3 本章小结  55-57
第六章结论与展望  57-59
  6.1 结论  57-58
  6.2 展望  58-59
参考文献  59-63
发表论文和科研情况说明  63-64
致谢  64

超声吹脱去除水中高浓度氨氮的方法研究

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