飲用水中過量的氨氮不僅會(huì)產(chǎn)生難聞的氣味還會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生毒害，并且在一定條件下還會(huì)轉(zhuǎn)化為對(duì)人體毒性更大的亞硝酸鹽。通常水廠的常規(guī)處理對(duì)突發(fā)性高濃度氨氮的出現(xiàn)幾乎無能為力。 因此,研究有效控制水廠出水中氨氮的濃度的工藝有著重要的意義。

佛山水業(yè)集團(tuán)公司在2007年新建一座供水能力為 30 萬 m3/d 的水廠，凈水工藝為 “ 常規(guī)處理+ 深度處理”，期望出廠水質(zhì)達(dá)到歐美發(fā)達(dá)地區(qū)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。作者利用從沙口水廠吸水口吸取的北江水作為深度處理實(shí)驗(yàn)的原水，考察了兩種活性炭對(duì)水中高、 低濃度氨氮的去除效果，以期能為水廠進(jìn)行活性炭深度處理提供參考和依據(jù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原 水

原水取自北江水，原水水質(zhì)如表1所示。由表1可知,本次實(shí)驗(yàn)所取的水源水質(zhì)較好,接近于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ類。但在2004年3月和4月，該水源出現(xiàn)了氨氮濃度突升的情況，分別達(dá)到了0.94mg/L 和 1.32mg/L, 導(dǎo)致水廠出水氨氮分別為0.6mg/L和0.98mg/L，超出了飲用水標(biāo)準(zhǔn)。因此采取有效措施應(yīng)對(duì)水中氨氮濃度突升是非常必要的。

1.2 試驗(yàn)工藝流程

工藝流程如圖1 所示。在相同條件下運(yùn)行 “常規(guī)處理+GAC”和 “ 常規(guī)處理 +O3-BAC”兩種工藝，比較兩者對(duì)氨氮的去除效果。

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

中試裝置包括預(yù)處理、常規(guī)處理和深度處理三部分。深度處理工藝總進(jìn)水量為5m3/h， GAC 和BAC工藝各占2.5m3/h。其中預(yù)加氯采用水射器投加；GAC和BAC 炭濾池規(guī)格相同，池高為4.2m，平面尺寸為 510mm×510mm，采用ZJ-15型柱狀炭，碘值大于900mg/g，亞甲藍(lán)值大于150 mg/g，直徑1.5mm，炭層厚2m；后臭氧接觸塔總?cè)莘e為0.42m3，設(shè)置2 級(jí) 接觸，第一柱容積 0.097m3，直徑Φ150mm，塔高6m，有效水深5.5m，第二柱容積0.35m3
，直Φ300mm，塔5.5m，有效水深5.0m，兩級(jí)接觸塔均采用微孔曝氣的方式投加臭氧，臭氧與水在塔內(nèi)逆流接觸，臭氧采用德國WEDECO牌GSO20型臭氧發(fā)生器現(xiàn)場(chǎng)制備，以氧氣為氣源，自來水為冷卻介質(zhì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 “ 常規(guī)處理+ GAC”工藝對(duì)氨氮的去除

圖 2 為常規(guī)處理和 GAC 處理對(duì)氨氮的去除效果。由此可見，進(jìn)水氨氮濃度較低時(shí)，氨氮的去除效果不明顯，隨著進(jìn)水氨氮濃度增加，氨氮的去除率呈上升趨勢(shì)，說明活性炭對(duì)水中污染物的吸附一般符合 Freundrich 吸附等溫線， 即
       q=KC／n
式中， q 為單位質(zhì)量的活性炭吸附量； K， n 為常數(shù)， C 為吸附質(zhì)的平衡濃度， 其對(duì)數(shù)形式為
      lgq=lgK+ lgC／n
在氨氮的吸附等溫線中， 1/n 較大，所以濃度高時(shí)活性炭對(duì)氨氮的吸附作用明顯，去除率高，反之，氨氮濃度低時(shí)，去除率就低。

此外， 還研究了GAC 出水濁度和對(duì)CODMn 的去除率，結(jié)果出水濁度0.23NTU， CODMn 平均去除率為65%。同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)三氯甲烷出水濃度高于進(jìn)水。對(duì)于活性炭， 三氯甲烷屬于弱吸附質(zhì),它們之間的吸附力較弱，屬于物理吸附，易于發(fā)生脫附現(xiàn)象， 特別當(dāng)進(jìn)水中的三氯甲烷含量較低時(shí)，活性炭的固相濃度高于液相濃度對(duì)應(yīng)的固相平衡濃度，容易發(fā)生三氯甲烷脫附現(xiàn)象，導(dǎo)致出水中的三氯甲烷高于進(jìn)水。

2.2 GAC 與 O3-BAC 工藝對(duì)低濃度氨氮的去除

結(jié)合沙口水廠的生產(chǎn)實(shí)際情況， 在該研究中也采用了預(yù)加氯工藝。但預(yù)加氯條件下， 若余氯過高有可能殺死部分微生物或抑制部分微生物的活動(dòng)，影響生物活性炭的凈水效能。為確定預(yù)加氯工藝是否會(huì)較大地影響 BAC的氨氮的去除效果， 先進(jìn)行了預(yù)加氯和無預(yù)加氯的對(duì)比試驗(yàn)，預(yù)加氯條件下， 嚴(yán)格控制沉淀池出水余氯≤0.1mg/L。試驗(yàn)結(jié)果如表 2。

結(jié)果表明：預(yù)加氯條件下， 氨氮的去除效果與無預(yù)處理?xiàng)l件下相近。試驗(yàn)過程中還檢測(cè)了對(duì) CODMn的去除效果， 預(yù)加氯條件下O₃-BAC出水中CODMn的平均去除率為 71.95%， 與無預(yù)處理時(shí)的基本相等，這表明,只要控制沉淀池出水余氯≤0.1mg/L， 預(yù)加氯對(duì) O₃-BAC 的凈水效能影響很小。預(yù)加氯條件下， 氨氮的去除效果如圖 3 所示。

由圖 3可知， 在采用預(yù)加氯處理工藝并控制沉淀池出水余氯≤0.1mg/L時(shí)， 兩種活性炭對(duì)氨氮的去除率接近。隨著進(jìn)水氨氮濃度增大，兩種活性炭對(duì)氨氮的去除率也在增加。GAC和O₃-BAC對(duì)氨氮的平均去除率均為40%， 最大去除率均為 74%。因此兩者的出水氨氮濃度均可以達(dá)到滿意的效果。但GAC和O₃-BAC出水中三氯甲烷濃度均高于進(jìn)水，且BAC出水的三氯甲烷濃度低于GAC，可能是大分子有機(jī)物被臭氧分解成小分子中間產(chǎn)物，而這些中間產(chǎn)物易被活性炭吸附或活性炭表面生物

圖 2 活性炭 GAC 去除氨氮與進(jìn)水濃度的關(guān)系

圖 3 低濃度下氨氮的去除率與進(jìn)水氨氮濃度的相關(guān)性所降解，其后再加氯消毒， 降低了產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物的危險(xiǎn)。但從經(jīng)濟(jì)角度等綜合考慮，建議優(yōu)先采用GAC 工藝。

2.3 GAC 與 O₃-BAC 工藝對(duì)高濃度氨氮的去除率

由于原水氨氮濃度偏低， 水質(zhì)較好， 為了考察活性炭深度處理工藝對(duì)源水突發(fā)性高濃度氨氮污染的處理能力， 試驗(yàn)中通過用水射器向源水中投加氨氮，進(jìn)行了模擬氨氮微污染試驗(yàn)， 試驗(yàn)結(jié)果如圖 4 所示。

由圖 4 可知， 較高進(jìn)水氨氮濃度下， O₃-BAC 的氨氮去除率明顯高于 GAC。O₃-BAC 有效去除氨氮的濃度范圍為0.59～0.62mg/L，而GAC在0.59mg/L時(shí)去除率較高，而后不斷降低并穩(wěn)定在一定的水平，但去除率總體上低于BAC。由于活性炭在運(yùn)行初期對(duì)氨氮的吸附量不太大，且易發(fā)生脫附，因此不具有長期吸附的效果，但數(shù)月運(yùn)行期間，活性炭對(duì)水中的氨氮去除保持在一定水平上，表現(xiàn)出了一定的耐沖擊負(fù)荷的能力，推斷應(yīng)存在生物轉(zhuǎn)化作用。 硝化菌是自養(yǎng)菌，它對(duì)氨氮的去除受到基質(zhì)濃度的影響，當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度較低時(shí)，硝化菌的生長受限，生物量很少，導(dǎo)致活性炭對(duì)氨氮的去除率偏低；隨著進(jìn)水氨氮濃度升高， 硝化菌營養(yǎng)豐富，硝化菌數(shù)量逐漸增多，因而炭柱對(duì)氨氮的去除率也升高。當(dāng)進(jìn)水氨氮達(dá)到一定濃度，去除率達(dá)到最大而開始下降時(shí)，當(dāng)炭柱中的 DO 濃度較低時(shí)限制了硝酸菌的生長， 從而影響氨氮的生物轉(zhuǎn)化作用。而O₃-BAC工藝中臭氧能提高水中的溶解氧DO， 所以 O₃-BAC工藝過程內(nèi)長有的硝化菌群和其它好氧菌群數(shù)目要高于GAC， 所以對(duì)氨氮的去除率和合適的氨氮范圍均高于GAC。對(duì)于出水濁度和CODMn 的去除率， BAC 與GAC 很接近，若考慮消毒后出水中三氯甲烷的含量， GAC為BAC的 3～5 倍，因此當(dāng)原水中氨氮濃度較高時(shí)，建議優(yōu)先采用 O₃-BAC 聯(lián)用工藝。

3 結(jié) 論

低氨氮濃度下， GAC和O₃-BAC 對(duì)氨氮的去除率均為 40%， 最大去除率均為 74%， 考慮到GAC工藝處理成本低于 O₃-BAC，建議低氨氮濃度下優(yōu)先采用GAC 工藝。高氨氮濃度下，如果控制沉淀池出水余氯≤0.1mg/L，則優(yōu)先采用 O₃-BAC 工藝除氨氮。當(dāng)氨氮濃度范圍為 0.59～0.62mg/L 時(shí)，氨氮去除率達(dá)最大。

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