强化混凝和微滤去除出水中的溶解性氮和溶解性磷外文翻译资料

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强化混凝和微滤去除出水中的溶解性氮和溶解性磷

摘要：

为了实现水厂出水中的更低的营养物含量的排放（N元素低于3毫克/L，P元素低于0.1毫克/L）需要考虑去除出水中之前并未考虑的那部分营养元素。

这些组分当中其中两个分别是溶解性磷（DON）和溶解的非活性磷（DNRP）（主要由有机磷组成）。在本研究中，对利用明矾强化混凝（在除磷常用剂量条件下）和微滤（用0.22毫米孔径大小的滤波器过滤）进行了研究，同时对出水的组成组分溶解性氮（DON）和溶解性磷（DP）的去除。在一个近似3.2毫克/ L剂量的铝（III），对应1.5的Al（III）/初始don-n 和3.8 Al（III）/初始dp-p成摩尔比，实现了对DON和DP最大同时去除（69%DON和72%DP）。在这个剂量，残留的DON和DP浓度被分别认为是0.3毫克/升和0.25毫克/升。dnrp去除模式类似于常见的溶解磷反应.本研究涉及密集的分析工作，第二个目的是开发一个简单精确的测量协议以确定溶解氮和磷在废水和出水中的组成成分存在很低的水平。发现这项研究中开发的测量协议涉及的DON和dnrp物种同时消化的结果是非常可靠准确的。

1. 概述

在世界上营养成分（N、P）的污染已成为公认的水体水质退化的主要原因。我国许多地区比如河口和沿海地区还有其他地区均受到不利影响。为了保护受纳水体，日益严格的法规规定废水处理（出水厂）要达到出水的营养水平。在美国的一个明确的例子是2001年美国环境营养环保署（USEPA）公布的严格的水质标准。基本上两个实际问题是由出水厂即将要解决的低营养水平（ N低于3毫克/ L 和P低于0.1毫克/升）。第一个问题涉及“临界值的技术评估”，用现有的脱氮技术来达到那些可以可靠持续地实现低水平（Urgun Demirtas 等人，2008年）的要求。发展—个简单而准确的分析方法能够测量在出水中的低浓度的氮和磷，这就构成了第二个问题。

对于N，先前的研究已经发现出水中的溶解性磷（DON）的去除是一个主要的挑战时，就试图达到出水的非常低的总氮（TN）水平，当don可以由40%到85%的TN构成时，TN处于出水处理厂低的出水TN标准（Pagilla等，2006）。出水的DON也可以通过具体复合材料的化合物组成。许多含氮化合物已经在出水废水中会被检测到，包括尿素、氨基酸、低分子量有机胺和螯合剂。尽管如此，目前识别具体复合材料化合物的总和时，化合物一般占不到总数的10%就在出水废水中（Pehlivanoglu Mantas和Sedlak，2008）。在自然情况下关于DON来说其余的都是高度异质性（Urgun Demirtas 等人.，2008），确切来说DON作为一个实际化合物是不切实际的。因为这个原因，DON作为一个体积参数来研究是不能被理解的。以往的研究按照同样的理论基础，根据它的起源分类把大量出水的DON划分成两部分。第一个是顽固的DON（rdon），无论是仍未在出水处理过程中发生变化，或只有部分转化（Pagilla等，2008）。这都是由自然产生的有机氮水源和不可生物降解的氮的化合物组成国内和工业废水。虽然大部分支流的无机和有机氮通过传统的硝化作用和反硝化去除，但rdon对于生物治疗来说反应是非常小的。第二部分DON是在二级生物处理过程中产生的，它的溶解性微生物产物一部分是在生物过程中产生的（Barker和Stuckey，1999）。

因此，在某些水厂出水中要达到非常低的TN水平，有必要探讨三级技术，将目标DON确定下来。先初步研究在出水农业废水的DON，由parkin和McCarty（1975）提出，粒状活性炭和化学沉淀是DON过程的去除。然而，最近一个来自Pehlivanoglu-Mantas 和Sedlak （2008）的研究表明DON显示不呈亲水性，因此DON是不容易被活性炭吸附。在目前的研究中已经证明，明矾混凝能去除在废水域（Dwyer 等人，2009）和地表水中的含氮有机化合物，强化混凝后首选微滤是因为它已经在废水中除掉特殊DON化合物，其次是因为它有潜力在一个出水处理厂实现多个目标（N和P）的去除。三级化学除磷采用金属盐如明矾或氯化铁，经常部署在出水处理厂以实现出水的总磷（TP）水平低于0.02毫克/升（Takaacute;cs 等人，2006）。然而，在一些水厂中，对出水中的某种溶解有机磷组分是不清楚或没去除的。因此，目前已在进行研究后微滤以达到同时去除DON和溶解磷（DP）（包括去除有机磷）。

虽然DON的去除机制和强化混凝在过去地研究中没有特定的关系，有关于自然文学的广泛信息中有机物（NOM）通常通过化学混凝或去除沉淀去除。水生有机物的大部分是“腐殖质”。“腐殖质”这个术语涵盖了各种复杂的有机化合物，可以看作是自然的超镇定结构的阴离子型的聚电解质。它们可以有不同的功能基团，包括羧酸和任意缩合芳香烃的结构环.Pehlivanoglu Mantas和Sedlak（2008）指出废水和出水中的DON90%由腐殖物质构成。因此，在不涉及机制可以通过投加混凝剂去除。便有两种可能，通过水去除腐殖化合物的机理—分析金属混凝剂（Duan and Gregory，2003），降水吸附和吸附。另一方面，结合金属物种的阴离子部位带来的电荷中和降低溶解度。如腐殖酸大分子，这会导致潮湿的络合沉淀和粒子可以被沉积从而形成沉淀而过滤。另一方面，吸附型腐殖质非晶态金属氢氧化物沉淀物质同时产生。在近中性pH值时氢氧化物是带正电的，腐殖质是带负电荷的。这可能会导致强烈的吸附和电荷中和。通过金属盐的加入去除各种形态磷的机制已经研究的很透彻。根据标准方法（APHA 等人，2005）溶解磷物种可以根据使用的分析方法来确定分数。根据这个分级，研究溶解活性磷（DRP）和溶解的非活性磷（dnrp）的分数情况。DRP的主要部分是磷酸盐，但也包括一些缩合磷酸盐，经过比色试验法初步的水解反应或氧化消解未测定到的dnrp分数是由过硫酸盐消化比色法和差异直接比色法测定，主要包括有机磷和某些缩合磷酸盐。使用明矾从废水中去除DRP的经典模型由Al（III）和正磷酸盐反应产生一种AlPO4沉淀。该模型能够近似预测DRP去除（Sedlak，1991）。然而,最有可能的机制已被证明涉及到Al（OH）被磷酸化，Al（OH）和随后的一种金属羟基磷酸发生沉淀，尽管Al（OH）已被证明可吸附dnrp化合物，无论是DRP和dnrp的去除机制是否是相似的尚未确定（Galarneau和 Gehr,，1997）。

综上所述，本次调查的主要目的为，确定DON和DP（包括dnrp）通过混凝微滤同时增强铝的去除是否是可行的。对DON与DP组分最大去除量趋势的去除反应使用烧杯实验通过0.22毫米孔径过滤器进行研究调查。分别研究测定不溶解N和P物种水平低于3毫克/升和0.5毫克/升的情况。如此低的水平导致测量阶段是复杂和耗时的。因此，本研究的目的是开发一个测量方法，在提到低水平时允许简单可靠的测定溶解氮和磷的浓度。

2材料与方法

标本收集的出水处理厂位于Cicero，在干燥的天气平均约3立方米/天。在活性污泥法二出水外聚—丙烯采样期间把样品收集在6升的容器里。在初步的实验期间，进行几个样品收集和处理，以确定最合适的混凝、化学剂量范围和重复数，为了最后的实验（这里就不介绍了）。在此期间，大量的实验进行了使用铁氯化。然而，发现三价铁离子干扰分析方法，因此只有硫酸铝在随后的实验中使用。铝剂量在0.8至12.2毫克，用铝（III）／L进行了最初测试，然后定在0.8-4.1 Mg Al（III）/ L的剂量范围内，被选为最适合最后的实验。此外，确定要足以达到统计学没经过分析的初步结果。在本文中，我们提出并讨论的结果0.8-4.1 Mg Al（III）/ L剂量实验。每个样品过滤收集2小时内通过0.45毫米孔径的瓶盖过滤波器（Millipore公司）可去除大部分的颗粒和胶体物质。传统的定义里溶解化合物的存在在0.45毫米过滤液之后。值得注意的是，0.45毫米过滤器仍然包含了一些重要的胶体材料。然而，由于孔径广泛用于废水特性（APHA 等人，2005），它被认为是足够的表征未经治疗效果的微孔组成研究样本。在微孔用了以下的溶解物质使用方法，在这项研究中未经处理的样品有（在3.1节讨论）：溶解性总氮（TDN）硝酸盐(NO),亚硝酸盐 (NO), 铵(NH, DON, DP, DRP)和dnrp。此外，初始pH值和碱度要确定是否有额外的碱，因此补充沉淀/废水样品确定了混凝试验。不同的铝浓度，铝剂量都在实验范围：0.8，1.6，2.4，3.2和4.1毫克，Al（III）/ L的混凝剂剂量均采用高精度加手动移液管（Eppendorf研究），仔细的将剂量混凝剂与尖端的血管中心淹没。快速搅拌后立即进行缓慢的混合30或20分钟。最后，样品允许60分钟无搅拌。五复制实验25是各剂量以达到统一进行—有意义的结果。在每个烧杯试验结束时，上清液50毫升一次性放在离心收集管与未处理样品一起，浓度不同的溶解的氮和磷物种在凝固时用测量法测定样品（在3.1节）讨论。随后，使用硝化棉瓶盖和0.22毫米孔径过滤器（微孔公司）微滤混凝处理的样品。最后，再次得到的样品表征在这项研究中使用的测量方法。严格地说，为了从溶液中除去所有的胶体，一个0.1毫米的微孔滤波器已被使用。然而，研究表明，目前出水处理厂的出水样品胶体物质在0.22毫米时可以忽略不计（sattayatewa等人。2009）。作为结果，混凝微后进行微滤，测得的物种相对应的溶解的氮、磷化合物在最初的废物水中组成样本。术语“溶解”了本文采用指定种类的测量在混凝微滤处理后。不过，需要注意的是，没有胶体材料的重要和处理混凝微孔改变目前样品相比，浓度小的可能在未经处理的样品中。

3结果与讨论

由于测量协议的开发研究，测量溶解氮和磷物种在低水平进行未经处理的样品进行表征，关于它的描述首先在结果与讨论部分讨论。随后从出水进行处理混凝和微滤实验。

3.1 N和P物种同时测量方法

一个简单的测量协议的开发和可靠表现在测量不同溶解的氮和磷物种在废水中的出水低水平。该协议是基于N种测量方法由Sattayatewa和Pagilla（2008）发展，Diatloff 和 Rengel（2001）建议与P物质进行测量协议。两种方法涉及消化步骤，在目前的优化条件下研究样品的可消化氮和磷可近一步分析。众所周知，N种类在氧化碱性条件，而P物种消化在酸性条件（APHA 等人，2005）。为了消化过硫酸钾化合物，将NaOH加入蒸煮器。由于钾还原在消化过程中产生的质子是过硫酸铵，NaOH需要防止pH呈酸性。相反地,磷物种氧化池的解决方案不含有NaOH，因为pH值是酸性。该方法在这项研究中，其次是基于增加特殊NaOH，允许碱性浓度下蒸煮消化进行第一阶段，但最终消耗的后续造成酸性条件消化。使用这种方法，N和P的物种在同一消解氧化。国家测试了几种组合后，发现以下消化成分被完成双酶切：6.4克低氮（＜0.001%）在100 mL去离子过硫酸钾和0.96克氢氧化钠水。螺丝帽管（玻璃）被用来混合2.5毫升消化样品12毫升。然后混合样品蒸压在121 C 20 PSI使用巴恩斯特德45分钟灭菌器。

通过获得的硝酸盐浓度进行第二次导数光谱法（SDU）的研究，使用岛津uv-1800分光光度计。光谱—光度计与数据分析软件能在224 nm处的吸收峰记录第二衍生物直接生成。这个峰值是在NO的浓度比例三样品（APHA 等人，2005）。TDN测定转换所有形式的N，通过以前每—个三硫酸消化法和随后的SDU方法样品中测量均没有结果。亚硝酸盐和三铵是根据HACH试验N管分析程序（HACH，Inc，1992）使用HACH分光光度计。这些程序是美国批准了标准程序的变化方法（APHA 等人，2005）。最后，DON是减去TDN和无机氮组分的总和。

DON TDN NO-NO-NH

通过对孔雀石绿的了解测量了DRP（毫克），下面过程的描述方法由Diatloff和Rengel,（2001）基于标准的方法提出（APHA 等人，2005）。存在于样品中的磷酸与弹药—钼酸铵磷钼酸创建一个被减少到一个五彩缤纷的孔雀石绿染料复合物。约5小时左右聚乙烯醇（PVA）是稳定且复杂的。在这项研究中，50.9毫升的3 N NaOH溶液将每个样品加入试剂后。这个修正需要在极端pH条件进行，因为比色吸光度减少磷酸盐测量（DAngelo 等人，2001）。消化后，pH值值均为2左右，因此，NaOH被添加到提高pH值至约5左右，用来进行测量准确的。加入上述所有的试剂后，DRP通过使用岛津uv-1800浓度测定在650 nm和1厘米光程的分光光度计。摩尔吸收率达到孔雀石绿形成的化合物，是足够高的P浓度，测量用1厘米的光路在微摩尔范围（1987 Van Veldhoven和mannaerts）。其他的磷比色法如磷钼钒酸、氯化亚锡、抗坏血酸的方法需要更长的路径长度，以补偿其较低的灵敏度（APHA 等人，2005）。DP也与镁的测定方法转换后的各形态磷素对DRP通过对双N和P过硫酸盐消解。同样，DON，dnrp不能直接测量，因此要从DP减去DRP计算。

DNRP DP DRP 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

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