新型人工快滤组合技术处理氨氮废水的研究

梁文寿

(1.中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，广西 桂林 541004；2.广西环境治理工程技术研究中心，广西 桂林 541004)；3.广西环境污染控制理论与技术重点实验室，广西 桂林 541004)

0 引言

氨氮是指水中游离氨(NH3)和铵离子(NH4+)形式的氮，当水中氨氮含量增加时，是指以氨或铵离子形式存在的化学氮。地表水和地下水中以硝酸盐氮(NO3-N)为主，污染水中的氨氮称为氨水化物，又称非离子氨，形式为游离氨(NH3)和铵离子(NH4+)。非离子氨是引起水生生物毒性的主要因素，而铵离子则相对无毒。《地表水环境质量标准》)(GB3838-2002)Ⅲ类地表水中非离子氨氮浓度小于1 mg/L，氨氮是水中的营养物质，可导致水体富营养化。

我国南方地区农村或者小乡镇地区河流(小溪)虽然经过各级政府大力整治，但是该区域有些河流(小溪)氨氮超标严重。传统的氨氮处理技术由于投资大、运行费高，难以在小规模的高浓度氨氮废水处理方面推广应用，而常规人工快滤技术对高浓度氨氮废水难以达标处理，因而投资小、运行费低的高浓度氨氮废水处理技术有广泛的应用前景。

1 人工快虑概况

人工快速渗滤是我国科研人员通过对污水快速渗滤与人工构造湿地等处理工艺的优点，借鉴并自主研发出的一种新型土地处理技术[1]，目前国外针对人工快速渗滤系统的研究较少，但也有研究者对人工快速渗滤系统的生物学和除污机理做了探讨[2-3]。

人工快滤系统(Constructed Rapid Infiltration，简称CRI)，即采用渗透性较好的砂石及其他填充料代替天然土层而营建的新型土地污水处理技术。针对人工快速渗滤系统对总氮的去除尚不理想，学者们进行了进一步的研究[4-9]，如不同渗滤介质组成、力负荷周期的推荐值、人工快虑深度、硝化反硝化时间、干段和湿段的时间变化等。人工快滤系统在去除有机物、氨氮方面的能力远强于人工湿地等土地处理技术，在人工快滤中采用改良的填料和布水系统，可有效去除氨氮等专项污染物。因此，人工快滤多用于农村污水、废水深度处理等领域[10-13]。

2 新型人工快滤组合技术

为了提高氨氮的处理效率，本研究在常规的人工快滤基础上，增加生物挂膜及曝气工艺，即设计“曝气生物活化滤池-人工快滤”试验处理工艺，取河流中典型氨氮超标严重的废水水样进行试验。

试验采用两段进水方式，通过液位高压差使废水自行流动。一段进水方式为下进水、上出水，水箱规格大小为1.0 m×1.0 m×1.5 m，内置填料约占总体积的35%，储水量约为0.8 m3，废水处理方式为曝气加生物挂膜；二段进水方式为上进水、下出水，水箱规格大小为1.0 m×1.0 m×1.2 m，内置填料约总体积的85%，最底层利用鹅卵石作为承托层，中间为改性沸石吸附材料。

3 氨氮浓度的测定

按《水质 铵的测定 纳氏试剂比色法》(GB7479-87)监测氨氮浓度。纳氏试剂比色法原理为碘化汞和碘化钾的碱性溶液与氨反映生成淡红棕色胶态化合物，其色度与氨氨含量成正比，可在波长410～425 mm范围内测其吸光度，计算含量，最低检出浓度为0.25 mg/L，测定上限为2 mg/L。

实验仪器：202-00型电热恒温干燥箱；722型分光光度计；台秤；分析天平(1 mg)；电动搅拌器；电热恒温水浴锅。

试剂(全部为分析纯)：碘化钾；碘化汞；酒石酸钾钠；硫酸；盐酸；氢氧化钠；氯化钠；氯化氨。

4 试验与讨论

4.1 氨氮去除率与停留时间的关系

试验方式为连续进水，每天持续运行8 h，进水流量约为0.4 m3/h，第1天至第七天废水停留时间分别为2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0和3.1 h。一段废水处理量与曝气量比值约为1∶1，二段废水处理水力负荷约为1 m/d。每小时分别对一段出水及二段出水取1次水样，试验结果见表1和图1。

由试验结果可知，一段废水处理量与曝气量比值约为1∶1，二段废水处理水力负荷约为1 m/d。第1天至第7天废水停留时间分别为2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0和3.1 h的情况下，废水氨氮的去除率随着停留时间的增加而增加，但在停留时间为2.8 h之后，增加停留时间去除效果增加不明显，因此取停留时间为2.8 h为最佳停留时间。

表1 氨氮去除率与停留时间的关系试验结果

图1 氨氮去除率与停留时间的关系试验结果

4.2 停留时间2.8 h、曝气配比为1∶0.9脱氮效果

试验方式为连续进水，持续运行8 h，进水流量约为0.4 m3/h，废水停留时间约在2.8 h，一段废水处理量与曝气量比值约为1∶0.9，二段废水处理水力负荷约为1 m/d，每天分别对一段出水及二段出水取1次水样，试验结果见表2和图2。

试验结果表明，在废水停留时间约在2.8 h，一段废水处理量与曝气量比值约为1∶0.9时，废水氨氮处理后氨氮浓度基本可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准(15 mg/L)，但是接近标准值，说明还需要提高氨氮处理效果。

表2 停留时间2.8 h、曝气比为1∶0.9试验结果

图2 停留时间2.8 h、曝气比为1∶0.9试验结果

4.3 停留时间2.8 h、曝气比为1∶1时的脱氮效果

为了提供氨氮处理效果，试验方式为连续进水，每天持续运行8 h，进水流量约为0.4 m3/h，废水停留时间约在2.8 h，一段废水处理量与曝气量比值增加到1∶1，二段废水处理水力负荷约为1 m/d，每天分别对一段出水及二段出水取1次水样，试验结果见表3和图3。

试验结果表明，在废水停留时间约在2.8 h，一段废水处理量与曝气量比值约为1∶1时，废水氨氮处理后可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准要求(15 mg/L)。

表3 停留时间2.8h、曝气比为1∶1试验结果

图3 停留时间2.8h、曝气比为1∶1试验结果

5 结论与建议

废水氨氮浓度在40～60 mg/L浓度范围内，采取“曝气生物活化滤池-人工快滤”一体化处理工艺，该处理设施投资费用本为450元/m3，运行费用低于0.12元/m3。废水停留时间约在2.8 h，一段废水处理量与曝气量比值约为1∶1时，氨氮废水去除率大约可达80%，出水水质可稳定达到要求(15 mg/L)。该工艺可推广应用于氨氮超标严重的小河(溪)或者分散式农村生活污水处理。

由于试验时间短，人工快虑填料的寿命有待于进一步试验或者应用验证。