王久妹，譚鳳訓(xùn)，武道吉，呂成龍，車同川

(山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101)

0 引言

所謂尾水是指雖經(jīng)處理但尚未達(dá)到水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)、生活、農(nóng)業(yè)等污水廠排水。近年來，水資源短缺已引起人們的廣泛關(guān)注，尾水資源化的問題迫在眉睫[1]，水體中有機(jī)物的去除基本上已得到有效控制。但是，含高氨氮廢水達(dá)標(biāo)排放卻沒有得到有效控制，生活污水特別是城市生活污水的氨氮含量有明顯升高趨勢(shì)[2]，并且由氮磷元素引起的水質(zhì)富營養(yǎng)化問題日益嚴(yán)重[3]，使藻類迅速繁殖、水體溶氧量下降、水質(zhì)惡化、旅游景觀和自然資源遭受嚴(yán)重破壞[4]。我國從20世紀(jì)80年代開始廢水處理過程中脫氮的研究，但目前大多數(shù)污水處理廠仍未考慮脫氮的問題。因此，對(duì)廢水中氮的去除，特別是氨氮的去除需要引起高度的重視[5]。面對(duì)著治理氨氮廢水的迫切需求，出現(xiàn)了各種處理氨氮廢水的技術(shù)，如折點(diǎn)氯化法、生物法、離子交換法、吹脫法、化學(xué)沉淀法、膜法等，這些技術(shù)各有其特點(diǎn)和不足之處，有待于進(jìn)一步開發(fā)和利用[6]。

試驗(yàn)原水為濟(jì)南某污水處理廠尾水，由于該污水處理廠的生物脫氮工藝出現(xiàn)問題導(dǎo)致硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)不能正常進(jìn)行，從而使得污水廠排出的尾水成為高氨氮廢水。污水處理廠尾水除了提供給居民樓衛(wèi)生間沖廁和綠化，剩余部分尾水將排入湖泊，此時(shí)尾水中的氨氮也會(huì)隨之排到水體中去。通過強(qiáng)化混凝的方法可否有效去除廢水中的氨氮，有效防止水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化的問題成為此次研究的重點(diǎn)。

根據(jù)原水水質(zhì)分析結(jié)果和前期試驗(yàn)結(jié)果確定，由于試驗(yàn)原水氨氮含量過高的緣故，去除效果不佳。原水NH3－N濃度為62.5～87.2mg/L。經(jīng)過強(qiáng)化混凝后，氨氮去除率僅達(dá)到6%左右。因此，在后續(xù)試驗(yàn)中，重點(diǎn)研究對(duì)氨氮的強(qiáng)化混凝去除效果。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)原水水質(zhì)

本試驗(yàn)以某污水處理廠尾水為研究對(duì)象。試驗(yàn)原水水質(zhì)情況如表1所示。

表1 原水水質(zhì)

1.2 試驗(yàn)儀器與藥品

主要儀器有:UNIC－7200分光光度計(jì)，DC－506型實(shí)驗(yàn)攪拌機(jī)。主要藥品有:氫氧化鈉、碘化鉀、碘化汞、酒石酸鉀鈉、氯化銨、聚合氯化鋁(PAC)、粉末活性炭、沸石粉、氨氮去除劑(氨離子螯合劑水質(zhì)保護(hù)解毒劑、水之藍(lán)、水質(zhì)解毒保護(hù)劑)。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用靜態(tài)試驗(yàn)方法，分別取1000mL試驗(yàn)用水放于6只燒杯中，利用六聯(lián)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌試驗(yàn)。采用250r/min快速攪拌l min，80r/min中速攪拌5min，30r/min慢速攪拌10 min，靜置15min后取樣。后期增加的吸附攪拌階段，轉(zhuǎn)速均為250r/min。在快速攪拌階段開始時(shí)投加混凝劑PAC，考察不同的氨氮去除劑與混凝劑PAC、助凝劑粉末活性炭和沸石粉復(fù)配對(duì)氨氮的強(qiáng)化混凝效果。NH3－N的水質(zhì)分析方法采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》[7]中納氏試劑分光光度法。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果分析，由于試驗(yàn)原水氨氮含量過高導(dǎo)致氨氮的去除效果不理想，因此將試驗(yàn)原水稀釋四倍即將高濃度氨氮廢水轉(zhuǎn)化為低濃度氨氮廢水，選擇投加不同的氨氮去除劑及不同的投加點(diǎn)，測試強(qiáng)化混凝氨氮出水指標(biāo)。

2.1 氨氮去除劑對(duì)比試驗(yàn)

快速攪拌階段開始時(shí)投加80mg/L PAC同時(shí)分別投加不同量的氨氮去除劑，相繼進(jìn)入中速和慢速攪拌階段，靜置沉淀15min后取樣，考察三種氨氮去除劑與PAC復(fù)配對(duì)氨氮的強(qiáng)化混凝效果。

圖1 三種氨氮去除劑對(duì)氨氮去除效果的影響

與投加PAC未投加“水之藍(lán)”的空白試驗(yàn)相比，投加“水之藍(lán)”的上清液清澈透明，因?yàn)樗巹辄S褐色，所以絮體略帶褐色。與投加PAC未投加“水質(zhì)解毒保護(hù)劑”的空白試驗(yàn)相比，投加“水質(zhì)解毒保護(hù)劑”的水樣試驗(yàn)現(xiàn)象較明顯，絮體個(gè)數(shù)較多，水樣顏色清澈透明。投加“氨離子螯合劑”的水樣試驗(yàn)現(xiàn)象較差。由于“氨離子螯合劑”藥劑溶液為黑色，導(dǎo)致加入該藥劑的水樣顏色瞬間變黑，絮體不變觀察，絮體靜沉速度很慢。

由圖1可知，投加“水之藍(lán)”的NH3－N去除效果比較明顯，隨著投加量的不斷增加，NH3－N指標(biāo)的去除率有所上升，去除率最高達(dá)到9.41%，“水之藍(lán)”的氨氮去除效果略微好于“水質(zhì)解毒保護(hù)劑”，同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和試驗(yàn)結(jié)果淘汰“氨離子螯合劑”去除劑。所以選擇“水之藍(lán)”作為后續(xù)試驗(yàn)的氨氮去除劑。

2.2 氨氮去除劑投加點(diǎn)對(duì)氨氮去除效果的影響

根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)助凝劑的投加點(diǎn)不同，處理效果差別較大。因此，考察一下氨氮去除劑的投加點(diǎn)對(duì)氨氮去除效果是否會(huì)有影響。因?yàn)槿コ齽┤羰峭ㄟ^吸附機(jī)理去除污染物，就會(huì)牽扯到競爭吸附、被懸浮絮體包裹和吸附時(shí)間一系列問題[8]。

投加80mg/L的PAC和20mg/L的氨氮去除劑—“水之藍(lán)”，選取以下四個(gè)投加點(diǎn)[9]:

A為混合反應(yīng)開始之前5min投加;B為混合開始同時(shí)投加;C為混合反應(yīng)1min后投加;D為混合反應(yīng)6min后投加;空白試驗(yàn)為不投加氨氮去除劑。

圖2 氨氮去除劑投加點(diǎn)對(duì)氨氮去除效果的影響

與空白試驗(yàn)相比，投加點(diǎn)A、B兩點(diǎn)褐色絮體較大較密實(shí)，靜沉過程中，絮體沉降速度較快，且上清液清澈透明，C、D兩投加點(diǎn)水中伴有懸浮絮體。由圖2可知，B點(diǎn)的NH3－N的去除效果較佳，去除率達(dá)到7.36%，所以選擇氨氮去除劑—“水之藍(lán)”的最佳投加點(diǎn)為B點(diǎn)，即與PAC同時(shí)投加。該結(jié)果也證明氨氮去除劑的投加點(diǎn)對(duì)混凝效果有一定影響。

2.3 不同的組合工藝對(duì)氨氮去除效果的影響

根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果分析，不同的組合工藝，如粉末活性炭+PAC組合工藝、沸石粉+PAC組合工藝、沸石粉+粉末活性炭+PAC組合工藝的組合復(fù)配有著不同的混凝效果。因此，對(duì)于氨氮的強(qiáng)化混凝也采用各種組合與氨氮去除劑的復(fù)配，即考察不同的助凝劑(粉末活性炭、沸石粉)對(duì)氨氮去除效果的影響。

2.3.1 粉末活性炭+PAC+氨氮去除劑強(qiáng)化混凝試驗(yàn)

粉末活性炭是一種優(yōu)良的吸附劑，在水中具有較強(qiáng)的吸附能力[10]。在本次實(shí)驗(yàn)中，在投加混凝劑PAC之前5min時(shí)投加粉末活性炭(30mg/L)，其它攪拌條件不變，考察氨氮去除劑+粉末活性炭+PAC復(fù)配對(duì)氨氮的強(qiáng)化混凝效果。

圖3 氨氮去除劑+粉末活性炭+PAC對(duì)氨氮去除的影響

與空白試驗(yàn)相比，隨著投加量的不斷增加，形成絮體越來越密實(shí)，且略帶褐色。在靜沉過程中，絮體下沉速度逐漸增大，投加“水之藍(lán)”的上層水樣均清澈透明。由圖3可知，當(dāng)投加量達(dá)到30mg/L時(shí)，去除效果達(dá)到最好，去除率達(dá)到11.71%。

2.3.2 沸石粉+PAC+氨氮去除劑強(qiáng)化混凝試驗(yàn)沸石因其獨(dú)特的硅氧骨架結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，具有優(yōu)越的離子交換性、表面活性、吸附性等特性[11]，但天然沸石對(duì)氨氮的去除效果較差，而且改性沸石對(duì)水中NH+4有更高的選擇性[12]，所以本實(shí)驗(yàn)采用鈉型改性沸石粉[13]?？紤]到沸石粉的吸附時(shí)間，在投加混凝劑PAC之前10min時(shí)投加改性沸石粉(100mg/L)，其它攪拌條件不變，考察氨氮去除劑+改性沸石粉+PAC復(fù)配對(duì)氨氮的強(qiáng)化混凝效果。

圖4 氨氮去除劑+改性沸石粉+PAC對(duì)氨氮去除的影響

隨著投加量的增大，絮體更多更密實(shí)且略顯褐色，絮體下沉速度隨著投加量的增加而逐漸增大，投加量超過30mg/L后，下沉速度卻有所減小。由圖4可知，氨氮的去除效果隨著投加量的增大呈現(xiàn)不規(guī)律性，投加量達(dá)到30mg/L時(shí)，去除效果達(dá)到最好，去除率達(dá)到10.88%。

2.3.3 沸石粉+粉末活性炭+PAC+氨氮去除劑強(qiáng)化混凝試驗(yàn)

在投加混凝劑PAC之前10min時(shí)投加改性沸石粉(100mg/L)，在投加混凝劑PAC之前5min時(shí)投加粉末活性炭(30mg/L)，其它攪拌條件不變，考察氨氮去除劑+改性沸石粉+粉末活性炭+PAC組合復(fù)配對(duì)氨氮的強(qiáng)化混凝效果。

圖5 氨氮去除劑+改性沸石粉+粉末活性炭+PAC對(duì)氨氮去除的影響

與空白試驗(yàn)相比，隨著投加量的增大，生成的褐色絮體更大更密實(shí)，絮凝現(xiàn)象比“沸石粉+PAC+氨氮去除劑”工藝和“粉末活性炭+PAC+氨氮去除劑”工藝都要好?？瞻自囼?yàn)絮體呈絲狀，隨著投加量的增加，投加去除劑的絮體呈現(xiàn)由小到大的塊狀。水中懸浮絮體隨著投加量的增大而逐漸減少。由圖5可知，投加量達(dá)到20mg/L時(shí)，去除效果達(dá)到最好，去除率達(dá)到14.19%。

3 結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析得出如下結(jié)論:

(1)通過不同氨氮去除劑對(duì)氨氮去除效果的比較，確定最佳氨氮去除劑。實(shí)驗(yàn)表明，“水之藍(lán)”的氨氮去除效果略微好于“水質(zhì)解毒保護(hù)劑”。所以，選擇“水之藍(lán)”作為后續(xù)試驗(yàn)的氨氮去除劑。

(2)通過試驗(yàn)分析選擇氨氮去除劑—“水之藍(lán)”的最佳投加點(diǎn)為與PAC同時(shí)投加。

(3)粉末活性炭+PAC+氨氮去除劑組合中NH3－N的最高去除率為11.71%。沸石粉+PAC+氨氮去除劑組合中NH3－N的最高去除率為10.88%。沸石粉+粉末活性炭+PAC+氨氮去除劑組合中NH3－N的最高去除率為14.19%。所以，沸石粉+粉末活性炭+PAC+氨氮去除劑組合工藝，即沸石粉和粉末活性炭組合使用時(shí)去除效果最佳。

(4)氨氮去除綜合評(píng)價(jià)。從總體來看，通過投加絮凝劑、助凝劑和氨氮去除劑，氨氮的去除效率雖有所上升，但上升的幅度不是很大，對(duì)于去除氨氮的問題，還有待于進(jìn)一步深入研究。

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