尾水氨氮強化混凝試驗研究

王久妹，譚鳳訓，武道吉，呂成龍，車同川

(山東建筑大學市政與環(huán)境工程學院，山東 濟南 250101)

0 引言

所謂尾水是指雖經處理但尚未達到水環(huán)境標準的工業(yè)、生活、農業(yè)等污水廠排水。近年來，水資源短缺已引起人們的廣泛關注，尾水資源化的問題迫在眉睫[1]，水體中有機物的去除基本上已得到有效控制。但是，含高氨氮廢水達標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[2]，并且由氮磷元素引起的水質富營養(yǎng)化問題日益嚴重[3]，使藻類迅速繁殖、水體溶氧量下降、水質惡化、旅游景觀和自然資源遭受嚴重破壞[4]。我國從20世紀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，如折點氯化法、生物法、離子交換法、吹脫法、化學沉淀法、膜法等，這些技術各有其特點和不足之處，有待于進一步開發(fā)和利用[6]。

試驗原水為濟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)問題導致硝化反應和反硝化反應不能正常進行，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，此時尾水中的氨氮也會隨之排到水體中去。通過強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。

根據(jù)原水水質分析結果和前期試驗結果確定，由于試驗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。經過強化混凝后，氨氮去除率僅達到6%左右。因此，在后續(xù)試驗中，重點研究對氨氮的強化混凝去除效果。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗原水水質

本試驗以某污水處理廠尾水為研究對象。試驗原水水質情況如表1所示。

表1 原水水質

1.2 試驗儀器與藥品

主要儀器有:UNIC－7200分光光度計，DC－506型實驗攪拌機。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(氨離子螯合劑水質保護解毒劑、水之藍、水質解毒保護劑)。

1.3 試驗方法

試驗采用靜態(tài)試驗方法，分別取1000mL試驗用水放于6只燒杯中，利用六聯(lián)攪拌機進行攪拌試驗。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，轉速均為250r/min。在快速攪拌階段開始時投加混凝劑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配對氨氮的強化混凝效果。NH3－N的水質分析方法采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》[7]中納氏試劑分光光度法。

2 試驗結果與分析

根據(jù)前期試驗結果分析，由于試驗原水氨氮含量過高導致氨氮的去除效果不理想，因此將試驗原水稀釋四倍即將高濃度氨氮廢水轉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，測試強化混凝氨氮出水指標。

2.1 氨氮去除劑對比試驗

快速攪拌階段開始時投加80mg/L PAC同時分別投加不同量的氨氮去除劑，相繼進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復配對氨氮的強化混凝效果。

圖1 三種氨氮去除劑對氨氮去除效果的影響

與投加PAC未投加“水之藍”的空白試驗相比，投加“水之藍”的上清液清澈透明，因為藥劑為黃褐色，所以絮體略帶褐色。與投加PAC未投加“水質解毒保護劑”的空白試驗相比，投加“水質解毒保護劑”的水樣試驗現(xiàn)象較明顯，絮體個數(shù)較多，水樣顏色清澈透明。投加“氨離子螯合劑”的水樣試驗現(xiàn)象較差。由于“氨離子螯合劑”藥劑溶液為黑色，導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”的NH3－N去除效果比較明顯，隨著投加量的不斷增加，NH3－N指標的去除率有所上升，去除率最高達到9.41%，“水之藍”的氨氮去除效果略微好于“水質解毒保護劑”，同時通過實驗現(xiàn)象和試驗結果淘汰“氨離子螯合劑”去除劑。所以選擇“水之藍”作為后續(xù)試驗的氨氮去除劑。

2.2 氨氮去除劑投加點對氨氮去除效果的影響

根據(jù)前期試驗結果發(fā)現(xiàn)助凝劑的投加點不同，處理效果差別較大。因此，考察一下氨氮去除劑的投加點對氨氮去除效果是否會有影響。因為去除劑若是通過吸附機理去除污染物，就會牽扯到競爭吸附、被懸浮絮體包裹和吸附時間一系列問題[8]。

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

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

圖2 氨氮去除劑投加點對氨氮去除效果的影響

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

2.3 不同的組合工藝對氨氮去除效果的影響

根據(jù)前期試驗結果分析，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組合工藝的組合復配有著不同的混凝效果。因此，對于氨氮的強化混凝也采用各種組合與氨氮去除劑的復配，即考察不同的助凝劑(粉末活性炭、沸石粉)對氨氮去除效果的影響。

2.3.1 粉末活性炭+PAC+氨氮去除劑強化混凝試驗

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

圖3 氨氮去除劑+粉末活性炭+PAC對氨氮去除的影響

與空白試驗相比，隨著投加量的不斷增加，形成絮體越來越密實，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”的上層水樣均清澈透明。由圖3可知，當投加量達到30mg/L時，去除效果達到最好，去除率達到11.71%。

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

圖4 氨氮去除劑+改性沸石粉+PAC對氨氮去除的影響

隨著投加量的增大，絮體更多更密實且略顯褐色，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，投加量達到30mg/L時，去除效果達到最好，去除率達到10.88%。

2.3.3 沸石粉+粉末活性炭+PAC+氨氮去除劑強化混凝試驗

在投加混凝劑PAC之前10min時投加改性沸石粉(100mg/L)，在投加混凝劑PAC之前5min時投加粉末活性炭(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組合復配對氨氮的強化混凝效果。

圖5 氨氮去除劑+改性沸石粉+粉末活性炭+PAC對氨氮去除的影響

與空白試驗相比，隨著投加量的增大，生成的褐色絮體更大更密實，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?？瞻自囼炐躞w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，投加量達到20mg/L時，去除效果達到最好，去除率達到14.19%。

3 結論

根據(jù)試驗結果分析得出如下結論:

(1)通過不同氨氮去除劑對氨氮去除效果的比較，確定最佳氨氮去除劑。實驗表明，“水之藍”的氨氮去除效果略微好于“水質解毒保護劑”。所以，選擇“水之藍”作為后續(xù)試驗的氨氮去除劑。

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

(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去除效果最佳。

(4)氨氮去除綜合評價。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，對于去除氨氮的問題，還有待于進一步深入研究。

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