微污染源水中低浓度氨氮去除组合工艺研究

摘要

社会经济的迅速发展导致水源污染日益严重，加上世界人口的急剧上升，使供水系统面临着资源性和水质性双重缺水的严峻考验。氨氮是引起水源水质恶化的重要物质之一，我国及世界许多国家在饮用水标准中对氨氮都作了严格限制。 本文以模拟微污染源配水中的低浓度氨氮为研究对象，主要介绍了两组脱氮工艺，以寻求达最佳的处理效果和社会经济效益，以便设计应用于工程实践。 工艺一：①在上流式内循环生物流化床内利用Pegasus固定化包埋硝化颗粒进行硝化；②Amberlite的IRA400JCl强碱性离子交换树脂除硝酸和利用3~5％NaCl溶液对树脂再生；③SBR反应器内厌氧微生物反硝化的组合水处理脱氮新工艺； ①在20~30℃、3~4mg-O2/L条件下，进水NH4+为10~15mg-N/L时，经HRT 30min后NH4+-N去除率可维持在90％以上；进水10mg-N/L以下时，27min后出水中NH4+-N和NO2--N都保持在0.25mg /L以下，出水pH值自动维持在7.2~7.3之间。NH4+-N去除负荷最高达256.1mg-N/(L-颗粒(pellet)·h)。呼吸活性由驯化时319.4mg-O2/(L-pellet·h)提至高效段的1170.9 mg-O2/(L-pellet· h)。通过电子扫描电镜可观察到颗粒内部的高生物密度特性及其分布形态。②离子交换过程较好地符合Langmuir曲线模型，去除率高，穿透容量达19.99kg NO3--N/m3树脂，去除率达98.71％，处理水量达675床体积(BV)，且工艺设备简单，操作控制容易。利用3~5％的NaCl溶液进行再生方便。③再生浓缩废液集中用SBR厌氧生物反应器进行反硝化处理，经二个月的微生物驯化后证实反硝化效果较好。当工程处理量为120t/d时，需微生物装置2.5m3 (单位时间单位体积装置处理能力SV为48m3/m3·d) 和离子交换柱0.25m3 (SV达480m3/m3·d)。 工艺二：建立在系列基础性试验上，①利用150g(160ml)粒径为0.55~1.30mm的新斜发沸石在多段并列式微型吸附柱内连续脱氮(10~11mg-N/L)；②饱和NaCl溶液进行沸石再生；③再生后沸石再次脱氮；④饱和后沸石再次再生，构成封闭的内循环式连续性沸石脱氮工艺，沸石再生后少量废液在强碱性加热条件下通过氨的吹脱而得到多次循环利用。 ①氨氮在整个系统内呈逐级递减规律，经32.5h后系统出水达1mg-N/L(一周期)，处理水量92.67L，最大吸附容量12.76mg-N/(g-沸石)，SV达421.6 m3/m3·d；②经130min后，沸石再生达90％以上，洗液最高浓度4966mg-N/L，药品消耗量1.875kgNaCl/(1L沸石)，再生废液量7.76BV；③再生后沸石经63h后处理水量达193.28L(一周期)，最大吸附容量达15.56mg-N/(g-沸石)，SV达460.19 m3/m3·d；④150min后对完全达吸附饱和的90g沸石的再生率达90％，NaCl用量300.4g，产生10.3BV的再生废液，洗液中氨氮浓度存在逐段累积现象，最高达6000mg-N/L。沸石再生60％时，NaCl利用率最高6.07mgNH4+-N/(g-NaCl)。系统脱氮率高，各段吸附柱相辅相成，流速稳定且动力消耗少，设备简单、占地面积小、启动方便、无需外加化学药剂、安全、经济，尤其适合小规模饮用供水系统。当处理量设为120t/d时，需要有效体积为0.342m3的吸附柱，SV达350.9m3/m3·d。 综上所述，二个工艺都能高效去除模拟微污染源水中的低浓度氨氮，且性能稳定、简单经济，为解决实际工程中低浓度氨氮问题提供一种新方法、新工艺。