飲用水源突發(fā)性氨氮污染應(yīng)急處理技術(shù)

孫海濱，畢衛(wèi)軍，文亞春，宋寧寧

（1.濟(jì)寧中山公用水務(wù)有限公司，山東 濟(jì)寧 272100；2.汶上縣清泉水務(wù)有限公司，山東 濟(jì)寧 272500）

飲用水源突發(fā)性氨氮污染應(yīng)急處理技術(shù)

孫海濱1，畢衛(wèi)軍2，文亞春1，宋寧寧1

（1.濟(jì)寧中山公用水務(wù)有限公司，山東 濟(jì)寧 272100；2.汶上縣清泉水務(wù)有限公司，山東 濟(jì)寧 272500）

近年來，我國飲用水源突發(fā)性氨氮污染事件頻發(fā)，針對(duì)突發(fā)性氨氮污染的應(yīng)急處理技術(shù)顯得尤為必要。文章分析了突發(fā)性氨氮的來源和危害以及近年來發(fā)生的飲用水氨氮污染典型案例，在結(jié)合水廠實(shí)際運(yùn)行和諸多中試實(shí)驗(yàn)的的基礎(chǔ)上，對(duì)飲用水源突發(fā)性氨氮應(yīng)急處理技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

水源；突發(fā)性氨氮；應(yīng)急處理

氨氮是水源中的主要污染物之一，我國七大水系及重點(diǎn)湖泊、水庫中大部分水體均受到不同程度的氨氮污染，對(duì)飲用水安全構(gòu)成一定威脅。近年來，我國飲用水源突發(fā)性氨氮污染事件頻發(fā)，飲用水源突發(fā)氨氮性污染應(yīng)急技術(shù)儲(chǔ)備十分必要。

1 突發(fā)性氨氮污染來源及危害

氨氮（ammonian nitrogen，簡(jiǎn)稱NH3-N），指水中以游離氨（NH3）和銨鹽（NH4+）形式存在的氮，兩者的組成比決定于水的pH值和溫度，當(dāng)pH值偏高時(shí)，游離氨的比例較高，反之，則氨鹽的比例較高，水溫則相反。

1.1 突發(fā)性氨氮污染的來源

飲用水源突發(fā)性氨氮的來源主要有：1）生活污水和工業(yè)廢水的集中排放[1-2]：上游城鎮(zhèn)未經(jīng)處理排放的生活污水和工業(yè)廢水中含有大量的有機(jī)氮和無機(jī)氮污染物，在微生物的作用下進(jìn)一步分解成為氨氮；2）農(nóng)田退水：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用的氮肥等營(yíng)養(yǎng)元素未被充分吸收利用后經(jīng)地表徑流進(jìn)入水體；3）短時(shí)雨水：短時(shí)強(qiáng)降雨會(huì)使表土沉積中的氮素、動(dòng)物糞便、汽車尾氣和生活垃圾中含有的大量氨氮等隨徑流進(jìn)入水體，造成水體中的氨氮含量升高。

1.2 突發(fā)性氨氮污染的危害

（1）對(duì)人體健康的影響

氨氮不會(huì)直接對(duì)飲用水衛(wèi)生安全構(gòu)成嚴(yán)重危害，但是它的氧化產(chǎn)物硝酸鹽和亞硝酸鹽對(duì)飲用水有很大危害。硝酸鹽在胃腸道細(xì)菌的作用下會(huì)還原成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽可與血紅蛋白結(jié)合形成高鐵血紅蛋白，造成缺氧。嬰兒（尤其是3個(gè)月以內(nèi)的嬰兒）對(duì)硝酸鹽特別敏感，很容易患高鐵血紅蛋白癥。當(dāng)血中10%左右的血紅蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)楦哞F血紅蛋白時(shí)，嬰兒就會(huì)出現(xiàn)紫紺等缺氧癥狀。

同時(shí)，亞硝酸鹽在人體內(nèi)可與蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生的胺類形成具有致癌性的物質(zhì)—亞硝基化合物。飲用水中硝基氮超過500mg/L時(shí)能引起胃腸障礙，刺激膀胱的粘液層出現(xiàn)尿頻和腹瀉癥狀。

（2）對(duì)水處理工藝的影響

在飲用水常規(guī)處理工藝中：一方面，水中的氨氮與氯消毒劑反應(yīng)產(chǎn)生氯胺、氯化氰等副產(chǎn)物，大大增加了需氯量，使水產(chǎn)生臭味，增加了消毒副產(chǎn)物生成量及致突性，同時(shí)可與水中錳離子形成絡(luò)合物增加錳離子去除難度[3]；另一方面，由于水廠中的氨氮存在適應(yīng)給水管網(wǎng)中自養(yǎng)菌的大量繁殖，將會(huì)造成水質(zhì)惡化與管網(wǎng)腐蝕[4]；對(duì)于活性炭濾池深度處理工藝，進(jìn)水中過高的氨氮會(huì)影響活性炭的生物再生效果，從而降低了活性炭濾池對(duì)有機(jī)物的去除[5]。

2 我國飲用水源氨氮污染現(xiàn)狀

2.1 我國飲用水源氨氮污染現(xiàn)狀

我國地表水體中的氨氮污染問題比較嚴(yán)重，據(jù)國家環(huán)境狀況公報(bào)的統(tǒng)計(jì)，我國地表水氨氮污染率非常高，七大水系中除了珠江和長(zhǎng)江的情況稍微好些，其它水系的氨氮含量多在4mg/L以上，有的甚至最高達(dá)到50.4mg/L。如此嚴(yán)重的污染狀況，需要全社會(huì)重視氨氮對(duì)生活飲用水水質(zhì)的影響。

2.2 我國飲用水源典型氨氮污染事件

2007年7月，江蘇省沭陽縣地面水廠水源受上游化工企業(yè)排污污染，城區(qū)供水系統(tǒng)被迫關(guān)閉，城區(qū)20萬人斷水。經(jīng)水質(zhì)檢測(cè)，取水口的水中氨含量約為28mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出國家取水口水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2012年9月，廣州市水務(wù)局按國家新的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)廣州市30家供水企業(yè)、106項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行公示，有7家區(qū)域性供水企業(yè)在氨氮這一項(xiàng)指標(biāo)上不合格。

2014年4月，漢江武漢段水質(zhì)出現(xiàn)氨氮超標(biāo)，經(jīng)檢測(cè)氨氮值為1.59mg/L，超過國家標(biāo)準(zhǔn)≤1mg/L，3家水廠緊急停產(chǎn)，全市260平方公里面積停止供水，30多萬居民及數(shù)百家食品加工企業(yè)受到影響。

3 氨氮污染應(yīng)急處理技術(shù)

3.1 化學(xué)預(yù)氧化技術(shù)

化學(xué)預(yù)氧化技術(shù)是通過在飲用水處理工藝前端投加氧化劑從而改善處理效果的一類預(yù)處理措施，其目的是強(qiáng)化混凝與助凝，去除微量有機(jī)污染物、除藻、除臭味、控制氯化消毒副產(chǎn)物以及去除鐵錳等。其作用機(jī)理是通過氧化劑的氧化能力來分解破壞水中污染物的結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到轉(zhuǎn)化或分解污染物的目的。

曲久輝[6]等研究了不同水質(zhì)條件下高鐵酸鹽對(duì)飲用水中氨氮的去除效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明高鐵酸鹽對(duì)飲用水中氨氮具有一定的去除作用，單獨(dú)使用高鐵氧化時(shí)，當(dāng)二者摩爾比為4︰1時(shí)，對(duì)高濃度的氨氮（8～10mg/L），去除率在60%左右；對(duì)較低濃度的氨氮（2.5～3mg/L）去除率在40%左右。同時(shí)利用高鐵的氧化和絮凝作用，可對(duì)渾濁水中氨氮更有效地去除。三氯化鐵對(duì)高鐵氧化絮凝去除氨氮有一定的催化作用。

李秋霞[7]等從水污染應(yīng)急的角度，進(jìn)行了氨氮的應(yīng)急處理。實(shí)驗(yàn)采用次氯酸鈉作為預(yù)氧化藥劑，當(dāng)原水氨氮的質(zhì)量濃度在1.0mg/L左右時(shí)，次氯酸鈉投加量為8.4mg/L，能夠高效地去除氨氮，此后水中氨氮質(zhì)量濃度為0.292mg/L，去除率為68.78%。當(dāng)次氯酸鈉投加量為9.6mg/L時(shí)，氨氮的去除率為87.20%，水源水的氨氮質(zhì)量濃度在0.123mg/L的水平，同時(shí)控制THMs和THMFP這些毒副產(chǎn)物形成量在相當(dāng)?shù)偷乃健?/p>

該技術(shù)易于同常規(guī)水處理工藝組合，具備簡(jiǎn)單靈活，使用方便的特點(diǎn)。

3.2 沸石吸附法

沸石是一種含水架狀結(jié)構(gòu)硅酸鋁鹽礦物，對(duì)水中的氨氮具有良好的吸附作用和交換能力。劉通等[8]以水源水為處理對(duì)象，通過對(duì)沸石進(jìn)行酸、鹽、高溫改性和氨氮去除試驗(yàn)，考察沸石粒徑、接觸時(shí)間、溫度等因素對(duì)氨氮去除率的影響。結(jié)果表明，經(jīng)鹽（NaCl）改性的沸石對(duì)氨氮有較高的去除率，氨氮濃度為4.43mg/L的水源水，在粒徑0.8～1.7mm、溫度25℃的條件下，經(jīng)15min接觸，氨氮濃度可降至0.3mg /L，去除率可達(dá)93.2% 。對(duì)于普通自來水廠，只需將快濾池中常用的石英砂部分替換成改性沸石即可有效去除飲用水中的氨氮。經(jīng)測(cè)算，其投資僅增加33～39元/m3，運(yùn)行費(fèi)用基本不變。

張兵等[9]為了有效去除污水中的氨氮，研究了斜發(fā)沸石對(duì)污水中氨氮的吸附去除效果，同時(shí)探討了斜發(fā)沸石的化學(xué)和生物再生效果。間歇和連續(xù)試驗(yàn)結(jié)果表明，斜發(fā)沸石掛膜前、后對(duì)氨氮的吸附容量變化不大，斜發(fā)沸石對(duì)氨氮的吸附符合Langmuir吸附等溫式?；瘜W(xué)和生物再生試驗(yàn)結(jié)果顯示，穩(wěn)定運(yùn)行2個(gè)月后，對(duì)氨氮的去除率>80%，沸石的再生效果較好；提供足夠的溶解氧和適宜溫度， 可有效提高生物再生的效率。試驗(yàn)結(jié)果表明，斜發(fā)沸石可以作為一種有效的氨氮吸附材料， 并可有效再生。

沸石去除氨氮的性能穩(wěn)定可靠，處理效果良好，且沸石資源豐富、價(jià)格低廉，失效后容易再生，設(shè)備操作簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)管理方便。

3.3 折點(diǎn)加氯法

折點(diǎn)加氯法是將氯氣通入水中達(dá)到某一點(diǎn)， 在該點(diǎn)時(shí)的水中游離氯含量最低， 而氨的濃度降為零，折點(diǎn)加氯法除氨的機(jī)理為氯氣與氨反應(yīng)生成氮?dú)狻Ｔ摲ㄔ趯?shí)際應(yīng)用中，加氯量和與氯接觸時(shí)間不好控制，由于氨氮與氯氣的重量比約為7.6︰1，再加上消毒等需氯量，一般加氯量要達(dá)到氨氮的9～10倍。要達(dá)到除鐵、錳、色度及消毒的目的，加氯量要達(dá)到幾個(gè)甚至幾十mg/L，導(dǎo)致水中消毒副產(chǎn)物濃度增加。氯仿濃度會(huì)高至幾十至幾百μg/L，此外還產(chǎn)有鹵代醋酸，鹵代醛、鹵代酮等消毒副產(chǎn)物，增加了飲用者的致癌風(fēng)險(xiǎn)。

近年來，折點(diǎn)加氯法去除氨氮已較少采用，但該工藝具有不受水溫影響、操作方便的特點(diǎn)，在應(yīng)急處置中非常實(shí)用。

3.4 膜技術(shù)

膜技術(shù)應(yīng)用于飲用水處理始于20世紀(jì)80年代末，特點(diǎn)是能提供穩(wěn)定可靠的水質(zhì)，占地少、運(yùn)行操作完全自動(dòng)化。膜技術(shù)中的納濾膜集成工藝對(duì)氨氮有很好的去除效果。

李靈芝[10]等使用TRISEP公司生產(chǎn)的TS80-2514納濾膜組件，對(duì)以淮河水為水源的某市自來水進(jìn)行了深度處理試驗(yàn)研究，在進(jìn)水NH3-N濃度為7.0mg/L時(shí)，納濾出水未檢出氨氮，組合工藝對(duì)氨氮的去除率達(dá)到100%。何圣兵[11]等人曾研究過經(jīng)活性炭過濾后直接用納濾膜處理實(shí)驗(yàn)室自來水，結(jié)果表明活性炭過濾對(duì)氨氮的去除率為零，而經(jīng)過納濾膜后氨氮的去除率可達(dá)37.5%。

納濾膜集成工藝處理效果好，成套設(shè)備在工廠可實(shí)現(xiàn)快速組裝，可以說是氨氮污染應(yīng)急處理技術(shù)的方向。

4 結(jié)語

供水安全直接關(guān)系到社會(huì)穩(wěn)定，做好突發(fā)氨氮水污染事故應(yīng)急處理技術(shù)儲(chǔ)備十分必要。在具體運(yùn)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況，選擇最可行的工藝，制定應(yīng)急預(yù)案，做好相關(guān)物資、技術(shù)儲(chǔ)備，達(dá)到快速、有效處置的效果。以上介紹的幾種應(yīng)急技術(shù)，納濾膜集成工藝處理是氨氮污染應(yīng)急處理技術(shù)的方向，需要重點(diǎn)研究。

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Emergency Treatment Technology of Bursting Ammonia Nitrogen Pollution in Drinking Water Sources

SUN Hai-bin1, BI Wei-jun2, WEN Ya-chun1, SONG Ning-ning1
(1.Jining Zhongshan Public Water Co., Ltd, Shandong Jining 272100; 2.Wenshang Water Co., Ltd, Shandong Jining 272500, China)

Based on the emergency treatment technology of bursting ammonia nitrogen pollution, the paper analyzes the typical cases of ammonia nitrogen pollution in drinking water sources, and introduces in detail the emergency treatment technology of bursting ammonia nitrogen pollution in drinking water sources.

water sources; bursting ammonia nitrogen; emergency office

X52

：A

：1006-5377（2016）04-0057-03