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不同影响因素对氨氮转化机理的研究

更新时间:2009-03-28

0 引言

2015年《中国环境状况公报》公布:黄河流域62个国控断面中,主要污染指标为总磷、氨氮和五日需氧量,黄河主要支流36个国控断面中,主要污染指标为总磷、氨氮和石油类;海河流域64个国控断面中,主要污染指标为化学需氧量、氨氮和总磷,海河主要支流50个国标断面中,主要污染指标为化学需氧量、氨氮和高锰酸盐指数。因此,氨氮、COD指标已成为地表水环境质量的主要指标。另外,随着雨季的到来,为了防止城市内涝,往往会把一些氨氮含量较高的内河水排放到江河中,从而导致下游水厂的水源水受到污染,在水中氮是以有机氮、铵态氮、亚硝酸盐氮和硝酸氮的形式存在的。当滤池不能有效去除氨氮时,剩余氨氮会与氯气生成氯胺,从而降低了细菌的灭活效果和加大了氯气的投加量[1~3]。因此,了解氨氮转化的机理是十分必要的,这对水厂各工艺阶段去除氨氮的运行具有一定的借鉴意义。

另外,硝化细菌是化能生物,自养需氧型细菌,以二氧化碳为碳源,通过代谢将氨或铵盐氧化成硝酸盐。硝化细菌是一种好氧性细菌,包括亚硝酸菌和硝酸菌,反硝化细菌是一种易氧厌氧型菌类[3~6]。其转化机理为:①硝化作用:在亚硝化细菌的作用下,氨被氧化成亚硝态氮,在硝化作用下再进一步被氧化成硝态氮,转化公式为:2NH4+3O2→2H++2NO2-+2H2O2NO2-+O2→NO3-。②反硝化作用:当水体缺氧时,另有一类反硝化细菌可以把硝酸盐(NO3-)还原成亚硝酸盐(NO2-),再还原为氨氮或游离氨或氮气。

依据原理,在氨氮转化的过程中,影响其转化的因素有很多,例如 pH,温度,溶解氧、金属离子等[7~9]。pH 和氨氮结合生成铵根离子,另外同其它条件一样,由于外界环境的改变会对菌类的新陈代谢产生影响;原水中可能存在铁离子,或在水厂处理工艺中的絮凝阶段会投加铁盐或铝盐,或在重金属污染的应急工艺中,为强化絮凝能力需加大铁盐或铝盐絮凝剂,这对菌类也极有可能造成影响。因此,本文除了对不同pH梯度进行了实验,也对外加铁离子和铝离子浓度梯度进行研究,这对研究氨氮转化机理和探索水厂降低出水氨氮浓度的最佳参数等方面具有重要的参考价值。

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1 材料与方法

1.1 原水水质

同原液图10相比,随着Al3+的浓度升高,各检测项目数值的变化存在较大的差异。

1.2 实验步骤

(1)调整pH、铁离子、铝离子的梯度:①调节pH:使用盐酸或氢氧化钠调节 pH,梯度为 6.0、6.5、7.0、7.5、8.0;②外加铁离子:向 1L 原水中分别加入 0mL、0.20mL、0.40mL、0.60mL的1000.0mg/L铁标准溶液,得浓度梯度0.30mg/L、0.50mg/L、0.70mg/L、0.90mg/L;③外加铝离子;向1L原水中分别加入0mL、0.20mL、0.40mL、0.60mL 的 1000.0mg/L 铝标准溶液,得浓度梯度<0.008mg/L、0.20mg/L、0.40mg/L、0.60mg/L。

(2)每次倒出200mL,每隔7d检测1次,共5次。每次在检测之前,检测溶解氧(需注意的是,由于重新分装,溶解氧的数值会发生变化,第1次放置7d后,溶解氧由于密封,其数值急速减小)。由于此实验中未考虑菌类耗氧速率的问题,溶解氧的检测值依次为大概数值 0.25mg/L、3.80mg/L、5.90mg/L、7.80mg/L、8.00mg/L,不做详细数值的列入。检测项目包括氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、高锰酸盐指数。

1.3 实验方法

本文采用生活饮用水卫生标准《GB/T 5750.8-2006附录A》的方法:硝酸盐氮——离子色谱法;氨氮——纳氏试剂分光光度法;亚硝酸盐氮——重氮偶合分光光度法;高锰酸盐指数——酸性高锰酸钾滴定法;铁——原子吸收分光光度法;铝——铬天青S分光光度法。

2 数据结果

参照GB-T14452-93标准A型试样,将钎焊后试样线切割为长约34 mm、宽5±0.25 mm、高5±0.25 mm的条状小试样进行三点弯曲试验,测定钎焊接头的抗弯强度。

(1)pH不同的梯度值。各检测项目值如表2所示。

(3)铝离子不同的梯度值。各检测项目值如表4所示。

(2)铁离子不同的梯度值。各检测项目值如表3所示。

 

表1 摇原水检测初始值

  

检测项目 pH 溶解氧/(mg/L)氨氮/(mg/L)亚硝酸盐氮/(mg/L)硝酸盐氮/(mg/L)总氮/(mg/L)铁离子/(mg/L)铝离子/(mg/L)高锰酸盐指数/(mg/L)检测值7.0 5.60 13.08 0.105 0.22 16.1 0.30 <0.008 6.02

 

表2 摇 pH值梯度变化中的各项目数值(溶解氧为0.25mg/L)

  

pH 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0氨氮/(mg/L)15.10 14.96 15.34 14.22 14.62亚硝酸盐氮/(mg/L) 0.130 0.130 0.130 0.110 0.090硝酸盐氮/(mg/L) 0.24 0.28 0.22 0.16 0.23高锰酸盐指数/(mg/L)5.96 5.8 5.88 5.53 5.53

 

表3 摇 铁离子梯度变化中的各项目数值(溶解氧为0.25mg/L)

  

铁离子/(mg/L)0.30 0.50 0.70 0.90氨氮/(mg/L) 14.22 19.05 14.78 13.9亚硝酸盐氮/(mg/L) 0.130 0.110 0.110 0.100硝酸盐氮/(mg/L) 0.22 0.17 0.24 0.20高锰酸盐指数/(mg/L)5.88 4.95 5.11 5.75

溶解氧为 3.80mg/L、5.90mg/L、7.80mg/L、8.00mg/L 的数据,可参看3影响因素分析中对应的所示图。

溶解氧为 3.80mg/L、5.90mg/L、7.80mg/L、8.00mg/L 的数据,可参看3影响因素分析中对应的所示图。

 

表4 摇铝离子梯度变化中的各项目数值(溶解氧为0.25mg/L)

  

铝离子/(mg/L) <0.008 0.200 0.400 0.600氨氮/(mg/L) 0.22 6.27 14.24 15.81亚硝酸盐氮/(mg/L) <0.001 <0.001 <0.001 <0.001硝酸盐氮/(mg/L) 16.16 9.78 1.99 0.18高锰酸盐指数/(mg/L)5.83 5.48 5.64 5.59

由图1~5可看出,氨氮的变化值如下:①在pH6.0~8.0区间内,当溶解氧为0.25mg/L时,氨氮均有稍微的升高,升至14.00mg/L左右,说明反硝化细菌产生了作用,对氨氮进行了反硝化作用;②稍后随着溶解氧的升高,氨氮随着pH的不同下降的幅度也略有差别:pH6.0时,随着溶解氧的增大,氨氮的值下降幅度较小,检测值位于10.00mg/L~8.00mg/L左右;pH6.5~8.0时,随着溶解氧的增大,氨氮的值下降幅度加快,检测值由10.00mg/L左右下降至0.10mg/L左右。可见在pH6.5~8.0范围区间内有助于氨氮的转化。

3 影响因素分析

高锰酸盐指数的变化值均由6.02mg/L下降至4.00mg/L左右,可见生物的降解作用可对有机物进行去除。

3.1 pH对氨氮转化的影响

溶解氧为 3.80mg/L、5.90mg/L、7.80mg/L、8.00mg/L 的数据,可参看3影响因素分析中对应的所示图。

2.2.2 抑郁心理:患者本身对手术的了解相对较少,对术后的恢复也存在消极的心理,从而导致其整日处于悲观、绝望的状态,部分患者甚至出现了严重的失眠。

亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的变化值如下:①在pH6.0~8.0区间内,当溶解氧至3.80mg/L时,两者的值有升高,大致位于1.00mg/L~2.00mg/L左右,可见亚硝化细菌和硝化细菌产生了作用,将氨氮进行了转化;②随着溶解氧的增大,硝酸盐的比例逐渐增大,硝化细菌占据优势。可见在溶解氧大致3.8mg/L后,已对氨氮的转化产生了效果。

  

图1 pH6.0的检测项目数值变化

  

图2 pH6.5的检测项目数值变化

  

图3 pH7.0的检测项目数值变化

  

图4 pH7.5的检测项目数值变化

  

图5 pH8.0的检测项目数值变化

如表1所示,原液的氨氮值为13.08mg/L,亚硝酸盐氮值0.105mg/L,硝酸盐氮值0.22mg/L,高锰酸盐指数6.02mg/L。

3.2 不同浓度的Fe3+对氨氮转化的影响(图6~图9)

同原液图6相比,随着Fe3+的浓度升高,各检测项目数值的变化无较大的差异。

氨氮的变化值如下:①随着溶解氧的增大至5.90mg/L后,氨氮均已降至0.20mg/L以下;②高锰酸盐指数的变化值均由6.02mg/L至4.00mg/L左右。

可见在铁离子低于0.90mol/L时,氨氮及有机物的转化随着Fe3+的浓度增大并无太大的影响。

  

图6 Fe3+0.30mol/L的检测项目数值变化

  

图7 Fe3+0.50mol/L的检测项目数值变化

  

图8 Fe3+0.70mol/L的检测项目数值变化

  

图9 Fe3+0.90mol/L的检测项目数值变化

3.3 不同浓度的Al3+对氨氮转化的影响(图10~图13)

取某内河水水样(20L),所取水样水质指标如表1:数据检测后,分置各1L的塑料瓶中,避光放置。

氨氮的变化值如下:当Al3+浓度小于0.008mol/L时,溶解氧至5.8mg/L后,氨氮已降至0.20mg/L以下;当Al3+0.20mol/L时,氨氮转化率下降;当Al3+0.60mol/L时,氨氮几乎未下降。可见Al3+的浓度对氨氮转化影响较大:当Al3+含量极少时,氨氮转化未受影响,随着溶解氧的增大数值逐渐降低;至0.20mol/L时,氨氮数值降低50%左右;大于0.40mol/L以上时,氨氮几乎未转化。

  

图10 Al3+<0.008mol/L的检测项目数值变化

  

图11 Al3+0.20mol/L的检测项目数值变化

  

图12 Al3+0.40mol/L的检测项目数值变化

  

图13 Al3+0.60mol/L的检测项目数值变化

亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的变化值如下:当Al3+浓度小于0.008mol/L时,硝酸盐氮值至14.00mg/L左右;Al3+0.20mol/L时,硝酸盐氮量至10.00mg/L左右;Al3+0.40mol/L时,硝酸盐氮量至4.00mg/L左右;Al3+0.60mol/L时,硝酸盐氮量至1.00mg/L左右。可见Al3+浓度对硝化细菌的影响较大,很有可能随着Al3+浓度的增大,微生物发生了“钝化”。

当Al3+0.60mol/L以上时,高锰酸盐指数的变化值由6.02mg/L至5.00mg/L左右,可见Al3+的存在对有机物的降解进行了进一步的限制。

4 结论

(1)在pH6.5~8.0范围内,pH值的增加有利于氨氮的转化;在铁离子低于0.90mol/L时,对氨氮的转化无明显的影响;铝离子含量对氨氮的转换影响较大,0.20mol/L时对氨氮的转化已造成不利的影响,铝离子大于0.40mol/L时氨氮已不能转化;pH在6.5~8.0范围内,铁离子低于0.90mol/L时对有机物的降解未有明显的影响,铝离子的存在对有机物的降解存在限制。

首先,“少儿万有经典文库”立足儿童本位,符合目标读者的认知特点。教育心理学专家指出,不同年龄阶段的孩子,其认知特点和阅读能力都有明显差异,为孩子选科普书,首先应该考虑的是孩子的年龄阶段。不同年龄段的孩子感兴趣的科学知识不尽相同,对科普知识的接受程度也不同。8~14岁儿童在生理、心理、思维、知识状况、理解能力等方面有自身的特点,比如处于换牙后及青春期阶段,对自我的意识和世界的意识增强,在思考和逻辑方面有更多的发展,喜爱探究事物本相,学习的内容与生命成长力一致,心灵自由,想象力丰富。

斯普金斯解释说,“我们给急性淋巴细胞白血病老鼠使用艾代拉利司,它们的寿命更长。但它们身体其他部位的疾病状况是一样的。它们只是没有患上中枢神经系统疾病。”起初,她和合作者认为这种药物对于杀死大脑中的癌细胞方面肯定更有效。实际上这种药物在大脑中的水平并不高。这意味着该药物能够阻止癌细胞进入中枢神经系统。

(2)可见在实际水厂工艺中,在以上范围内,加大曝气量(增加预臭氧),加碱(前加碱)可促进对氨氮的去除,在同等絮凝条件下或在应急处理重金属污染过程中,为不影响去除氨氮的效果,可优先选择铁盐。另外需注意金属离子超标或色度增加的问题。

参考文献

1 2015年中国环境状况公报[R].中国环保部,2015.

2 梁湄.大王滩水库 “三氧”“三氮”相关关系分析[J].广西水利水电,2001(3):23-25.

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5 陈明.碱度对水厂生物砂滤池去除氨氮的影响[J].城镇供水,2014(5):28-29.

6 丁卫,盛德洋,张晓健,等.活性碳-石英砂双层滤池去除氨氮和亚硝酸盐氮的特性[J].净水技术,2012,31(5):20-24.

7 李萍.水中氨氮,亚硝酸盐氮及硝酸盐氮相互关系探讨[J].上海环境科学,2006,25(6):245-246.

8 刘建广,张春阳,张晓健,等.亚硝酸盐氮对臭氧氧化有机物的影响研究[J].中国给水排水,2007,23(3):84-87.

9 黄耀裔,李斌,陈一萍,等.晋江市浅层地下水中 “三氮”与水化学特性关系研究[J].长江大学学报自然科学版:理工(上旬),2015,12(10):51-55.

 
樊灿辉,吴佳宁,陈明,袁润权,谢丽章
《能源与环境》 2018年第02期
《能源与环境》2018年第02期文献

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