時(shí)至今日，社會主義新農(nóng)村建設(shè)已走過近5 個(gè)年頭，對于污水治理的要求也越來越高，已從原來要求的《水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/307—2005）一級B 排放標(biāo)準(zhǔn)提升到一級A，這對各郊區(qū)縣水務(wù)部門提出了更高的要求，也給環(huán)保企業(yè)增加了難題，尤其是氨氮的處理�！侗本┦兴廴疚锱欧艠�(biāo)準(zhǔn)》一級B 中氨氮要求達(dá)到5 mg / L，而一級A 要求達(dá)到2 mg / L，從而對處理技術(shù)及工藝流程必然提出進(jìn)一步的嚴(yán)格要求，同時(shí)對原有污水處理的升級改造也勢在必行，而目前采用的生物法已很難達(dá)到此要求，且生化法處理成本高，投資大，占地多[ 1 ]。而NAR 吸附過濾裝置則解決了這一難題。NAR 可以作為脫氮除氮極為有效的裝置也可配套除磷和有機(jī)物的去除。與生化處理相比，物化處理脫氨氮技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)氨氮的深度處理，并且操作彈性大、效率高、投資省、占地少[ 2]。

1 NAR 吸附過濾裝置技術(shù)原理

1.1 NAR 吸附過濾裝置填料的結(jié)構(gòu)特性

NAR 裝置最大的特點(diǎn)是采用了一種特殊的介質(zhì)填料。該填料是一種呈結(jié)晶陰離子型架狀結(jié)構(gòu)的多孔硅鋁酸鹽礦物質(zhì)，構(gòu)成該填料結(jié)晶陰離子型架狀結(jié)構(gòu)的最基本單位是硅氧（SiO4）四面體和鋁氧（AlO4）四面體。在這種四面體中，中心是硅（或鋁）原子，每個(gè)硅（或鋁）原子的周圍有4 個(gè)氧原子，各個(gè)硅氧四面體通過處于四面體頂點(diǎn)的氧原子互相連接起來，形成所謂的巨大分子，也稱硅氧四面體群。其中在鋁氧四面體中由于1 個(gè)氧原子的價(jià)電子沒有得到中和，使得整個(gè)鋁氧四面體帶有1 個(gè)負(fù)電荷，為保持電中性，附近必須有1 個(gè)帶正電荷的金屬陽離子（M+）來抵消極性（通常是堿金屬或堿土金屬離子）。

1.2 填料離子交換法脫氨氮

由于該填料陽離子和鋁硅酸鹽結(jié)合相當(dāng)弱，具有很大的流動性，極易和周圍水溶液中的陽離子發(fā)生交換作用，交換后的填料結(jié)構(gòu)不被破壞。該填料的這種結(jié)構(gòu)決定了它具有離子交換性。其脫氨氮的原理為該填料與NH4+發(fā)生離子交換，可用下式表示：

X+Z-+NH4+→NH4+Z-+X+ （1）

式中： Z 表示鋁硅酸鹽的陰離子格架；X 表示交換離子。

因離子態(tài)的氨氮可以通過填料中的孔道和孔穴而與陽離子進(jìn)行離子交換而被去除。當(dāng)填料耗盡后需要進(jìn)行再生，主要采用化學(xué)再生法，即用含有適當(dāng)再生劑（主要是NaOH、NaCl）的液相處理所用過的填料�；瘜W(xué)再生的過程實(shí)際上是離子交換過程的逆過程，可表示如下：

NH4+Z-+X+→X+Z-+NH4+ （2）

式中： Z 表示鋁硅酸鹽的陰離子格架；X 表示Na。

交換容量和吸附速率是評價(jià)該填料性能的2 個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。影響該填料交換性能的因素較多，其中主要的影響因素有： pH 值、水力停留時(shí)間、填料粒徑、污水組成等。①pH 值：一般控制在9～10。②水力停留時(shí)間：在較長的水力停留時(shí)間即較小的進(jìn)水流量條件下，氨氮的去除率均較高。③粒徑：一般采用（20～80）目的填料。粒徑小，填料相對富集，接觸表面較大，交換容量相對較大，且粒度越細(xì)，氨氮的去除速率越快。④污水組成：污水中的部分陽離子會產(chǎn)生交換競爭。在一般的城市污水陽離子組成中，K+為主要的干擾離子，Ca2+、Mg2+、Na+的影響較小，其影響程度隨著濃度的上升呈較為均勻的增加。K+對NH4+的離子交換過程抑制作用最明顯，可使氨氮的去除率減少20%以上。⑤過濾速度和床層高度：保持較低的濾速可使氨氮與填料充分接觸，研究證明濾速在2m/ h 左右效果較好；同時(shí)床層高度相對較高，從而使污水與填料接觸時(shí)間較長，達(dá)到較好的處理效果。

1.3 填料吸附法脫氨氮

該填料具有空曠的骨架結(jié)構(gòu)，獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)使其具有大量均勻內(nèi)表面較大的微孔，可以吸附大量的分子，孔徑大多在1 μm 以下。其均勻的微孔與一般物質(zhì)的分子大小相當(dāng)，由此形成了分子篩的選擇吸附特性，主要是去除分子態(tài)的氨氮。由于氨氮的直徑與填料的孔穴和孔道的直徑相當(dāng)，所以處于填料孔道和孔穴中的分子受到各方面孔壁的色散力作用，便產(chǎn)生孔壁場迭加，形成超孔效應(yīng)，使其吸引力特別強(qiáng)。另外填料晶格孔穴中分布有陽離子，同時(shí)部分格架氧也具有負(fù)電荷，這樣在這些離子周圍便形成強(qiáng)大的電場。

2 工程應(yīng)用實(shí)踐

延慶縣康莊鎮(zhèn)馬營村于2009 年建立生活污水處理與回用系統(tǒng)，設(shè)計(jì)污水處理量為80 m3 / d，應(yīng)用生物接觸氧化一體化設(shè)備與NAR 過濾裝置技術(shù)將其生活污水處理至一級A 標(biāo)準(zhǔn)，并可用于澆灌綠地、站內(nèi)雜用等。該處理系統(tǒng)已于2009 年9 月建成并投入使用，且大部分設(shè)施采用地埋式安裝，覆土綠化，景觀優(yōu)美，運(yùn)行情況良好。2009 年12 月，該項(xiàng)目通過了有關(guān)部門組織的驗(yàn)收。馬營村污水處理工程的工藝流程見圖1，出水監(jiān)測指標(biāo)數(shù)據(jù)見表1，NAR 系統(tǒng)運(yùn)行見圖2。

圖1 馬營村污水處理工程工藝流程圖

表1 馬營村污水處理工程進(jìn)出水水質(zhì)

圖2  NAR系統(tǒng)裝置圖

NAR 吸附過濾裝置在運(yùn)行過程中需要定期反洗和填料再生，一般情況下每周反洗（1~2）次。填料的再生采用鹽類溶液，并將pH 值調(diào)到9~10，在堿性條件下能獲得較好的再生效果。在運(yùn)行過程中將NAR 出水部分回流至中間水池，這主要是由于進(jìn)入NAR 裝置的氨氮已經(jīng)很低，為了達(dá)到更好的處理效果，將部分出水回流再次經(jīng)過NAR 裝置處理。

從系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)測結(jié)果來看，整個(gè)工藝流程CODCr去除率在90%以上，BOD5去除率達(dá)到了99 %，氨氮也降到了2 mg / L 以下。整套系統(tǒng)排水水質(zhì)不但達(dá)到了《城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T18920-2002）規(guī)定的中水回用于沖廁綠化的條件，而且符合《水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/307-2005）一級限制A 級標(biāo)準(zhǔn)。到目前為止，該污水處理系統(tǒng)出水氨氮指標(biāo)仍在2 mg / L 以下，整套污水處理系統(tǒng)運(yùn)行良好。

3 NAR 吸附過濾裝置優(yōu)點(diǎn)

NAR 吸附過濾裝置由于其獨(dú)有的介質(zhì)填料和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）由于NAR 裝置較大的高徑比使得該裝置占地少，比較適用于北京市郊區(qū)縣的農(nóng)村污水處理項(xiàng)目。

（2）效率高(去除率在90% ～ 95%)[ 3 ]，能耗低，投資少。

（3）可操作性強(qiáng)： NAR 系統(tǒng)在有條件的情況下可全自動運(yùn)行，但也可手動運(yùn)行，同樣可以得到應(yīng)有的運(yùn)行效果。

（4）從馬營村污水處理工程進(jìn)出水質(zhì)可以看出，該裝置對總磷和COD 也存在一定的去除效果。

4 結(jié)語

NAR 吸附過濾裝置是一種深度污水處理技術(shù)，可更好去除污水中的氨氮，適用于污水的二級或三級處理。與人工合成的離子交換樹脂相比，在有干擾陽離子特別是水中有Ca2+、Mg2+存在時(shí)，有更好的脫氨氮效果。且該填料成本低廉，從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)來看，該裝置比普通的過濾裝置相比成本低。由于農(nóng)村污水水量較小且地方有限，現(xiàn)在新建項(xiàng)目要求達(dá)到《水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A 標(biāo)準(zhǔn)，因而NAR 吸附過濾裝置可廣泛應(yīng)用于北京市郊區(qū)縣的農(nóng)村污水處理工程項(xiàng)目中，這將是未來北京市新農(nóng)村污水處理建設(shè)發(fā)展的趨勢。

參考文獻(xiàn)

[1] 林奇. 吹脫法處理中低濃度氨氮廢水[J]. 福建環(huán)境, 2000, 17(6): 35-37.

[2] 梁劉艷, 汪蘋. 廢水脫氮處理方法研究[J]. 北京輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào), 2001, 19(1): 29-35.

[3] 袁克城, 馬清軍, 蘇鳳林. 處理氨氮廢水的技術(shù)研究[J]. 化學(xué)工程師, 2009, (3): 46-47, 57.

作者簡介：王學(xué)忠（1982—），男，工程師。

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