蚌埠三水廠氨氮高去除率原因探討

【摘 要】蚌埠市三水廠原水為淮河水，每年冬季枯水季節(jié)會(huì)存在氨氮較高并超過Ⅲ類水體的現(xiàn)象，但蚌埠三水廠出廠水氨氮去除率在一定范圍內(nèi)很高，本文結(jié)合淮河原水在前些年污染較重時(shí)的數(shù)據(jù)對(duì)此進(jìn)行分析探討，并歸納總結(jié)了蚌埠三水廠氨氮高去除率的原因。

【關(guān)鍵詞】氨氮；去除率；生物降解

天然水體中氨氮主要來源于人與動(dòng)物的排泄物、工業(yè)廢水及水體中蛋白質(zhì)的分解。出廠水中的氨氮會(huì)造成管網(wǎng)中的硝化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌的繁殖，而硝化細(xì)菌和氨放出的有機(jī)物會(huì)造成嗅味問題[1]；亞硝酸鹽在水及食物中與二級(jí)胺、酰胺或類似氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，形成直接致癌的亞硝基化合物[1]。根據(jù)我國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，飲用水中氨氮濃度最大允許值為0.5mg/L。歐共體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中，氨氮的指導(dǎo)值為0.05mg/L，最大允許值是0.5mg/L。

在具有預(yù)處理、常規(guī)處理、深度處理（O3-BAC）綜合工藝中，水中NH3-N有可能在以下環(huán)節(jié)去除：（1）在預(yù)加氯過程中氯與氨的化合或在生物預(yù)處理中得到去除；（2）在混凝沉淀過程中去除以懸浮顆粒、膠體態(tài)存在的有機(jī)氮與氨氮；（3）在濾池濾層中長(zhǎng)有生物膜的砂粒層的生物降解作用；（4）經(jīng)O3氧化得到充氧的水再流過生物碳層被生物降解；（5）加氯消毒時(shí)部分氨被化合。

在淮河（蚌埠段）飲用水源水生物接觸氧化預(yù)處理生產(chǎn)性試驗(yàn)中[2]，生物濾池對(duì)原水中氨氮去除率曝氣時(shí)達(dá)70%-90%，不曝氣或曝氣不正常時(shí)在50%-70%之間；在巢湖原水生物接觸氧化預(yù)處理試驗(yàn)中[3]，對(duì)氨氮、亞硝酸鹽氮的平均去除率分別為70%和70.4%，最高去除率分別為95%和99%：在邯鄲滏陽河水生物處理中試研究中[1]，氨氮的去除率平均變化范圍為75%-99%，平均去除率為92.46%。其它的相關(guān)報(bào)道也表明，生物氧化的氨氮去除率幾乎都在80%以上。

1、氨氮污染期檢測(cè)數(shù)據(jù)及去除情況統(tǒng)計(jì)

蚌埠三水廠在2004-2005年污染較重時(shí)未啟用生物處理工藝期間氨氮去除率也能達(dá)80-90%，以下是我們部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

根據(jù)圖中數(shù)據(jù)，2004年12月原水氨氮平均值為0.86mg/L，出水氨氮平均值為0.10mg/L，平均去除率為89.44%；2005年1月原水氨氮平均值為2.08mg/L，出水氨氮平均值為0.31mg/L，平均去除率為87.56%；2005年2月原水氨氮平均值為2.23mg/L，出水氨氮平均值為0.51mg/L，平均去除率為80.85%；2005年3月原水氨氮平均值為3.29mg/L，出水氨氮平均值為1.20mg/L，平均去除率為68.06%。即當(dāng)原水氨氮低于2.5mg/L時(shí)，氨氮的去除率基本都能達(dá)到80%以上，最高達(dá)99.5%（2月11日）。而當(dāng)原水氨氮達(dá)2.5mg/L以上時(shí)，氨氮去除率則明顯下降。

2、原因探討

2.1原水氨氮的濃度

由于濾池砂粒濾層形成的生物膜中的亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌數(shù)量是有限的，當(dāng)原水氨氮濃度達(dá)到一定數(shù)值（例如達(dá)2.5mg/L）時(shí)，水中的溶解氧已消耗完或消耗殆盡，其生物降解作用已發(fā)揮到極至，即氨氮濃度繼續(xù)升高時(shí)就不能去除了，所以這時(shí)原水氨氮濃度升高其去除率必然下降。

原水氨氮含量太低時(shí)，反應(yīng)速率降低，造成硝化和亞硝化桿菌的營(yíng)養(yǎng)不足，加上這類細(xì)菌本身生長(zhǎng)緩慢，掛膜的成熟期長(zhǎng)，最終影響氨氮的去除效果。

2.2濾速、接觸時(shí)間、氣水比

采用諸如降低濾速、增加接觸時(shí)間、增加氣水比等也可換取高氨氮去除率，但要耗費(fèi)一定代價(jià)。降低濾速、增加接觸時(shí)間勢(shì)必增大濾池面積，或者通過降低產(chǎn)量；增加氣水比要求較大鼓風(fēng)機(jī)勢(shì)必增加能耗。蚌埠三水廠濾池濾速為4.0～6.0m/h，一、二期濾池石英砂粒徑0.55-1.20mm，層厚70-80cm，卵石墊層厚60cm，三、四期濾池石英砂粒徑0.8-1.20mm，層厚120cm，卵石墊層厚10cm，氣水反沖洗強(qiáng)度達(dá)15L/m2s。有資料表明，對(duì)氨氮、亞硝酸鹽氮和有機(jī)物的生物降解都集中在濾池上部500mm段，在水反沖為（1～2）次/d的情況下，BARF（生物活性濾池）具有很好的生物活性，三水廠濾池正好符合。

三水廠設(shè)計(jì)供水能力為40萬m3/d，實(shí)際供水只在20萬m3/d左右，達(dá)到了降低濾速、增加接觸時(shí)間等功效。

2.3溫度

溫度的變化會(huì)影響到微生物的活性，從而影響氨氮的去除效果。一般來說，溫度越高，活性越大，但不少試驗(yàn)研究也都指出[1-2]，溫度變化對(duì)氨氮的去除效果影響不大，其原因在于決定氨氮去除效果的亞硝化桿菌（Nitrosomonas）和亞硝化球菌（Ni-trosococcus）均適合在2～40℃范圍內(nèi)生長(zhǎng)，硝化桿菌（Nitrobacter）也適合在5～40℃條件下生長(zhǎng)。由此可見，由于蚌埠三水廠的原水水溫最低在0-5℃，最高在20-30℃，因此溫度并不會(huì)導(dǎo)致三水廠氨氮去除率偏低。有研究表明[1]，生物陶粒濾池在低溫（0～14℃）時(shí)對(duì)氨氮的去除率較高，三水廠原水氨氮含量較高的枯水季節(jié)水溫均在此范圍之內(nèi)。

2.4溶解氧濃度

根據(jù)計(jì)算，每氧化1mgNH3-N為N02--N，需要消耗3.34mg的溶解氧，只要維持反應(yīng)器出水溶解氧不低于6.5-7mg/L，就可以保持較高的氨氮去除效率。由于我們只把氨氮和亞硝酸鹽氮列為常測(cè)指標(biāo)，因此我們并不能了解到氮在水中的全部轉(zhuǎn)化過程。有時(shí)有可能原水中有機(jī)氮含量較高而氨氮較低，且有機(jī)氮降解速度大于氨氮的硝化速度，造成了氨氮去除率低的表面現(xiàn)象。當(dāng)氨氮濃度很低時(shí)，我們的試驗(yàn)中常會(huì)出現(xiàn)濾后水氨氮濃度升高的現(xiàn)象，這也印證了有可能是氨化速率大于硝化速率。

3、結(jié)語

蚌埠三水廠濾池濾層中長(zhǎng)有生物膜的砂粒層具有生物降解作用，并且實(shí)際供水只達(dá)到設(shè)計(jì)供水能力的一半左右，起到了降低濾速、增加接觸時(shí)間等作用，當(dāng)原水氨氮濃度在0.5mg/L至2.5.0mg/L之間時(shí)，在氣水比、溶解氧濃度和溫度適宜的情況下，氨氮去除率均能達(dá)到80%以上，起到了很好的去除效果。