新型人工快濾組合技術(shù)處理氨氮廢水的研究

梁文壽

(1.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西 桂林 541004；2.廣西環(huán)境治理工程技術(shù)研究中心，廣西 桂林 541004)；3.廣西環(huán)境污染控制理論與技術(shù)重點實驗室，廣西 桂林 541004)

0 引言

氨氮是指水中游離氨(NH3)和銨離子(NH4+)形式的氮，當(dāng)水中氨氮含量增加時，是指以氨或銨離子形式存在的化學(xué)氮。地表水和地下水中以硝酸鹽氮(NO3-N)為主，污染水中的氨氮稱為氨水化物，又稱非離子氨，形式為游離氨(NH3)和銨離子(NH4+)。非離子氨是引起水生生物毒性的主要因素，而銨離子則相對無毒?！兜乇硭h(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》)(GB3838-2002)Ⅲ類地表水中非離子氨氮濃度小于1 mg/L，氨氮是水中的營養(yǎng)物質(zhì)，可導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。

我國南方地區(qū)農(nóng)村或者小鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)河流(小溪)雖然經(jīng)過各級政府大力整治，但是該區(qū)域有些河流(小溪)氨氮超標(biāo)嚴(yán)重。傳統(tǒng)的氨氮處理技術(shù)由于投資大、運行費高，難以在小規(guī)模的高濃度氨氮廢水處理方面推廣應(yīng)用，而常規(guī)人工快濾技術(shù)對高濃度氨氮廢水難以達(dá)標(biāo)處理，因而投資小、運行費低的高濃度氨氮廢水處理技術(shù)有廣泛的應(yīng)用前景。

1 人工快慮概況

人工快速滲濾是我國科研人員通過對污水快速滲濾與人工構(gòu)造濕地等處理工藝的優(yōu)點，借鑒并自主研發(fā)出的一種新型土地處理技術(shù)[1]，目前國外針對人工快速滲濾系統(tǒng)的研究較少，但也有研究者對人工快速滲濾系統(tǒng)的生物學(xué)和除污機(jī)理做了探討[2-3]。

人工快濾系統(tǒng)(Constructed Rapid Infiltration，簡稱CRI)，即采用滲透性較好的砂石及其他填充料代替天然土層而營建的新型土地污水處理技術(shù)。針對人工快速滲濾系統(tǒng)對總氮的去除尚不理想，學(xué)者們進(jìn)行了進(jìn)一步的研究[4-9]，如不同滲濾介質(zhì)組成、力負(fù)荷周期的推薦值、人工快慮深度、硝化反硝化時間、干段和濕段的時間變化等。人工快濾系統(tǒng)在去除有機(jī)物、氨氮方面的能力遠(yuǎn)強(qiáng)于人工濕地等土地處理技術(shù)，在人工快濾中采用改良的填料和布水系統(tǒng)，可有效去除氨氮等專項污染物。因此，人工快濾多用于農(nóng)村污水、廢水深度處理等領(lǐng)域[10-13]。

2 新型人工快濾組合技術(shù)

為了提高氨氮的處理效率，本研究在常規(guī)的人工快濾基礎(chǔ)上，增加生物掛膜及曝氣工藝，即設(shè)計“曝氣生物活化濾池-人工快濾”試驗處理工藝，取河流中典型氨氮超標(biāo)嚴(yán)重的廢水水樣進(jìn)行試驗。

試驗采用兩段進(jìn)水方式，通過液位高壓差使廢水自行流動。一段進(jìn)水方式為下進(jìn)水、上出水，水箱規(guī)格大小為1.0 m×1.0 m×1.5 m，內(nèi)置填料約占總體積的35%，儲水量約為0.8 m3，廢水處理方式為曝氣加生物掛膜；二段進(jìn)水方式為上進(jìn)水、下出水，水箱規(guī)格大小為1.0 m×1.0 m×1.2 m，內(nèi)置填料約總體積的85%，最底層利用鵝卵石作為承托層，中間為改性沸石吸附材料。

3 氨氮濃度的測定

按《水質(zhì) 銨的測定 納氏試劑比色法》(GB7479-87)監(jiān)測氨氮濃度。納氏試劑比色法原理為碘化汞和碘化鉀的堿性溶液與氨反映生成淡紅棕色膠態(tài)化合物，其色度與氨氨含量成正比，可在波長410～425 mm范圍內(nèi)測其吸光度，計算含量，最低檢出濃度為0.25 mg/L，測定上限為2 mg/L。

實驗儀器：202-00型電熱恒溫干燥箱；722型分光光度計；臺秤；分析天平(1 mg)；電動攪拌器；電熱恒溫水浴鍋。

試劑(全部為分析純)：碘化鉀；碘化汞；酒石酸鉀鈉；硫酸；鹽酸；氫氧化鈉；氯化鈉；氯化氨。

4 試驗與討論

4.1 氨氮去除率與停留時間的關(guān)系

試驗方式為連續(xù)進(jìn)水，每天持續(xù)運行8 h，進(jìn)水流量約為0.4 m3/h，第1天至第七天廢水停留時間分別為2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0和3.1 h。一段廢水處理量與曝氣量比值約為1∶1，二段廢水處理水力負(fù)荷約為1 m/d。每小時分別對一段出水及二段出水取1次水樣，試驗結(jié)果見表1和圖1。

由試驗結(jié)果可知，一段廢水處理量與曝氣量比值約為1∶1，二段廢水處理水力負(fù)荷約為1 m/d。第1天至第7天廢水停留時間分別為2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0和3.1 h的情況下，廢水氨氮的去除率隨著停留時間的增加而增加，但在停留時間為2.8 h之后，增加停留時間去除效果增加不明顯，因此取停留時間為2.8 h為最佳停留時間。

表1 氨氮去除率與停留時間的關(guān)系試驗結(jié)果

圖1 氨氮去除率與停留時間的關(guān)系試驗結(jié)果

4.2 停留時間2.8 h、曝氣配比為1∶0.9脫氮效果

試驗方式為連續(xù)進(jìn)水，持續(xù)運行8 h，進(jìn)水流量約為0.4 m3/h，廢水停留時間約在2.8 h，一段廢水處理量與曝氣量比值約為1∶0.9，二段廢水處理水力負(fù)荷約為1 m/d，每天分別對一段出水及二段出水取1次水樣，試驗結(jié)果見表2和圖2。

試驗結(jié)果表明，在廢水停留時間約在2.8 h，一段廢水處理量與曝氣量比值約為1∶0.9時，廢水氨氮處理后氨氮濃度基本可以達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級B標(biāo)準(zhǔn)(15 mg/L)，但是接近標(biāo)準(zhǔn)值，說明還需要提高氨氮處理效果。

表2 停留時間2.8 h、曝氣比為1∶0.9試驗結(jié)果

圖2 停留時間2.8 h、曝氣比為1∶0.9試驗結(jié)果

4.3 停留時間2.8 h、曝氣比為1∶1時的脫氮效果

為了提供氨氮處理效果，試驗方式為連續(xù)進(jìn)水，每天持續(xù)運行8 h，進(jìn)水流量約為0.4 m3/h，廢水停留時間約在2.8 h，一段廢水處理量與曝氣量比值增加到1∶1，二段廢水處理水力負(fù)荷約為1 m/d，每天分別對一段出水及二段出水取1次水樣，試驗結(jié)果見表3和圖3。

試驗結(jié)果表明，在廢水停留時間約在2.8 h，一段廢水處理量與曝氣量比值約為1∶1時，廢水氨氮處理后可穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級B標(biāo)準(zhǔn)要求(15 mg/L)。

表3 停留時間2.8h、曝氣比為1∶1試驗結(jié)果

圖3 停留時間2.8h、曝氣比為1∶1試驗結(jié)果

5 結(jié)論與建議

廢水氨氮濃度在40～60 mg/L濃度范圍內(nèi)，采取“曝氣生物活化濾池-人工快濾”一體化處理工藝，該處理設(shè)施投資費用本為450元/m3，運行費用低于0.12元/m3。廢水停留時間約在2.8 h，一段廢水處理量與曝氣量比值約為1∶1時，氨氮廢水去除率大約可達(dá)80%，出水水質(zhì)可穩(wěn)定達(dá)到要求(15 mg/L)。該工藝可推廣應(yīng)用于氨氮超標(biāo)嚴(yán)重的小河(溪)或者分散式農(nóng)村生活污水處理。

由于試驗時間短，人工快慮填料的壽命有待于進(jìn)一步試驗或者應(yīng)用驗證。