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离子交换去除城市污水厂二级出水中氮并回收磷的研究

作　者: 张晓磊
导　师: 赵庆良
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 二级出水氮磷去除磷回收离子交换磷酸钙
分类号: X703.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

城镇污水处理厂二级处理出水中氮磷的超标排放会导致自然水体的富营养化，自然环境的恶化，并最终危害人类健康。近年来，我国的污水处理厂的提标改造工作越来越受到社会各界的重视。同时，磷作为一种不可再生、不可替代的自然资源，虽然储量极为有限，却并没有在污水处理过程中得到充分的回收利用。本文利用离子交换技术，建立了离子交换动态交换系统，利用常见的商品化的阴离子交换树脂在去除城镇污水处理厂的二级处理出水中氮磷，在进一步增强出水水质的同时，对磷资源以磷酸钙的形式回收。本文从离子交换树脂的筛选以及不同因素对除磷效果的影响，实现动态脱氮除磷的最佳工艺条件，以及离子交换再生废液中进行磷和其他物质回收等方面进行了系统的研究。研究结果表明，不同的离子交换树脂对实际二级处理出水的除磷效果存在显著差异。凝胶型交换树脂除磷能力普遍强于大孔型交换树脂，当击穿条件为总磷>0.3mg/L时，201×7树脂击穿体积为280BV，D201树脂为220BV（BV为通过水量与树脂体积的比值)。两种离子交换树脂对磷的吸附交换方式均符合弗莱德里希等温吸附式。静态间歇实验表明，二级处理出水中的主要离子Cl-、NO3-和SO42-均会对树脂的除磷效果产生较大的影响，影响大小排序依次为NO3--N> S O42-> Cl-，且D201树脂受影响较大。201×7树脂可同时实现二级处理出水氮磷的去除。动态实验结果表明，产水流速和再生流速的增加会导致氮磷去除效果的下降；较高浓度的NaCl再生液浓度有助于树脂的再生以及再生废液的重复利用。当选择产水阶段流速为50BV/h，再生液为5%NaC l溶液，再生流速为15BV/h，通过再生废液的重复利用，可在一个周期中产水1175BV，总操作时间共17.5小时，水质标准满足总磷浓度<0.3mg/L，总氮浓度<10.0mg/L。离子交换再生废液中含有较高浓度的Cl-，SO42-，NO3-以及PO43-等离子，通过蒸发结晶的方式能够在再生废液中回收出纯度为95%以上的NaCl晶体；通过投加CaCl2溶液的方式可将磷以磷酸钙的形式回收，且在Ca/P=1.6，pH=10.5的条件下可回收92%以上的磷。回收的磷产品中摩尔钙磷比为1.59，表明产品主要为为羟基磷酸钙。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第1章绪论  10-18
  1.1 氮磷超标排放和磷资源回收  10-11
    1.1.1 氮磷超标排放危害与污水处理厂提标改造  10
    1.1.2 磷资源回收的意义  10-11
  1.2 城市污水脱氮除磷研究现状  11-12
  1.3 城市污水磷资源回收研究现状  12-15
    1.3.1 沉淀法进行磷资源回收  13-14
    1.3.2 吸附法进行磷资源回收  14-15
    1.3.3 生物法进行磷资源回收  15
  1.4 离子交换法进行磷资源回收研究现状  15-16
  1.5 课题意义及研究内容  16-18
    1.5.1 课题的研究目的和意义  16
    1.5.2 研究内容  16-17
    1.5.3 技术路线  17-18
第2章实验材料与方法  18-25
  2.1 引言  18
  2.2 实验原料  18-19
  2.3 实验装置  19-20
    2.3.1 离子交换动态实验装置  19
    2.3.2 实验用仪器设备名称  19-20
  2.4 实验方法  20-23
    2.4.1 不同类型离子交换树脂除磷效果研究  20
    2.4.2 离子交换树脂除磷效果的间歇试验研究  20-21
    2.4.3 离子交换树脂脱氮除磷效果的动态试验研究  21-23
    2.4.4 离子交换再生液中磷的回收  23
  2.5 分析与计算方法  23-25
第3章不同离子交换树脂除磷效果及静态实验研究  25-36
  3.1 引言  25
  3.2 5 种不同离子交换树脂动态除磷效果的研究  25-26
  3.3 树脂投加量离子交换法除磷效果影响  26-28
  3.4 吸附交换时间对离子交换法除磷效果的影响  28-29
  3.5 二级水中主要离子对离子交换法除磷效果的影响  29-33
    3.5.1 Cl-，SO42-，NO3--N 对离子交换法除磷效果的影响  29-30
    3.5.2 NH4+对离子交换法除磷效果的影响  30-32
    3.5.3 二级处理水中各主要离子混存条件下除磷效果的影响  32-33
  3.6 离子交换树脂重复利用对离子交换法除磷效果的影响  33-34
  3.7 本章小结  34-36
第4章离子交换法去除氮磷的动态连续实验研究  36-55
  4.1 引言  36
  4.2 离子交换法动态连续运行过程中氮磷的变化情况  36-40
    4.2.1 离子交换法产水过程中氮磷的变化情况  36-38
    4.2.2 离子交换法再生过程中氮磷的变化情况  38-40
  4.3 连续运行过程中流速对离子交换过程的影响  40-44
    4.3.1 产水流速对离子交换过程的影响  40-42
    4.3.2 再生流速对离子交换过程的影响  42-44
  4.4 连续运行过程中再生方式对离子交换过程的影响  44-47
    4.4.1 不同浓度再生液对离子交换过程的影响  44-46
    4.4.2 再生液重复利用对树脂再生的影响  46-47
  4.5 COD 对离子交换过程的影响  47-52
    4.5.1 对产水过程中离子交换过程的影响  47-50
    4.5.2 对再生过程中离子交换过程的影响  50-51
    4.5.3 对树脂重复利用性的影响  51-52
  4.6 离子交换动态系统的最佳工艺条件  52-53
  4.7 本章小结  53-55
第5章离子交换再生废液中磷的回收以及再生废液的处理  55-62
  5.1 引言  55
  5.2 再生废液水质情况分析  55
  5.3 再生废液的处理  55-56
  5.4 以磷酸钙的形式回收再生废液中的磷  56-61
    5.4.1 Ca/P 对回收磷效果的影响  57-58
    5.4.2 pH 对回收磷效果的影响  58-59
    5.4.3 温度对回收磷效果的影响  59-60
    5.4.4 磷酸钙产品物理和化学性质的考察  60-61
  5.5 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-69
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  69-72
致谢  72

离子交换去除城市污水厂二级出水中氮并回收磷的研究

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