隨著我國城市化高速開展和經(jīng)濟快速增長，生產(chǎn)和生活廢水排放量日益增加，使我國河流型飲用水源平安隱患突出。據(jù)不完整統(tǒng)計，約有65%的飲用水源不宜飲用，而氨氮(NH3-N)就是其中一種主要污染物。飲用水源突發(fā)氨氮污染不只會惹起水體富營養(yǎng)化、發(fā)作赤潮等現(xiàn)象，更可能在很短時間內(nèi)形成水源污染及飲用水供水系統(tǒng)的嚴重損失，以至進一步觸發(fā)嚴重的社會穩(wěn)定問題。

　　為響應國家亟需應急技術(shù)配備產(chǎn)業(yè)化的號召，設計研發(fā)了一款便利可拼裝式化學氧化消減設備，用于應急處置飲用水源突發(fā)污染事情，保證城鎮(zhèn)供水平安，同時帶動全國環(huán)境應急產(chǎn)業(yè)晉級，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。由于化學氧化具有反響快速、降解徹底、價錢低廉等優(yōu)點，在突發(fā)環(huán)境事情的應急處置方面具有宏大潛力，因而本研討基于化學氧化法，選用飲用水源常規(guī)污染物氨氮測試該設備性能，在優(yōu)化設備工藝參數(shù)的同時找到去除氨氮的最佳工藝條件。目前國內(nèi)外去除氨氮的辦法主要有吸附法、折點加氯法、吹脫法、生物脫氮法、化學沉淀法、催化濕式氧化法、液膜法以及電滲析法等。從需求滿足環(huán)境應急中快速、高效、便利、平安的角度來看，折點加氯法由于簡單易行而經(jīng)常被采用。次氯酸鈉作為一種強氧化劑，已用于多類水處置，與傳統(tǒng)氧化劑液氯相比，次氯酸鈉平安無外泄，且可進一步減少消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生，因而非常適用于氨氮污染水源的應急處置。

　　本研討對化學氧化消減設備的運轉(zhuǎn)參數(shù)包括進出水口高度以及攪拌方式、時間和速度等實施了優(yōu)化，并系統(tǒng)討論了氨氮濃度、氧化劑投量、pH值、反響時間等對氨氮去除效果的影響，由此找出最佳反響條件以使出水氨氮濃度到達我國《地表水環(huán)境質(zhì)量規(guī)范》(GB3838—2002)中集中式生活飲用水地表水源HI類水規(guī)范(1.0mg/L)，為突發(fā)氨氮水污染事情的應急處置提供參考。

　　一、實驗設備與辦法

　　1.1 資料與儀器

　　主要試劑：氯化銨(GR，阿拉丁)、次氯酸鈉(漂水，工業(yè)級，實測有效氯含量為7.83%)、硫酸溶液(6mol/L)、氫氧化鈉溶液(1moI/L)、雙氧水(工業(yè)級，10%)。

　　主要儀器：島津UV-1800紫外可見分光光度計，PM2500型電子天平，雷磁PHS-29ApH計，百靈達7500型光度計，BLD立式攪拌機(旋槳式，兩片槳葉)，不銹鋼潛水攪拌機(加裝置導桿)，LS300-A型便利式流速測定儀，WQ770型手持式濁度儀，DC-LWS型流量計，40ZX10-40型自吸泵。

　　1.2 實驗設備

　　中試設備(見圖1)主要由自來水池(方形，2.8mx2.8mxl.5m)、原水池(方形，1.7mx1.7mx1.5m)、氧化池(圓形，直徑為2m、高為1.32m)和溶藥池(圓形，直徑為2m、高為1.32m)4局部組成，輔以攪拌機、潛水栗、流量計、水泵、閥門，經(jīng)過進、出水管道銜接(DN40進水管，DN50/80出水管)。水池全部選用夾網(wǎng)PVC復合資料，該資料耐腐蝕性強，且采用聚酯纖維網(wǎng)增增強度，相似鋼筋混凝土中的鋼筋，滿足作為應急處置水池的請求，支撐采用鋼管支架，自創(chuàng)帳篷的便當、靈敏性，滿足便攜、可拆卸等特性，可完成隨用隨拼裝。

　　氧化池為該設備的主體局部，設計其有效深度為1m，處置流量為4m3/h(流速約為0.8m/S)。其內(nèi)固定有旋槳式立式攪拌機(裝置在距池底20cm處)和不銹鋼潛水攪拌機，可依據(jù)需求自行切換。為測試氧化池的工藝性能，設計了5個不同高度的進水口和3個出水口。5個進水口自下而上依次編號1、2、3、4、5，分別距池底25、45、65、81、95cm(約為水池有效深度的1/4、1/2、3/4、4/5、9/10)，3個出水口自下而上依次編號1、2、3，分別距池底16、57、93cm(約為水池有效深度的1/5、1/2、9/10)，出水口處又設有取樣口以便隨時取樣，經(jīng)過閥門控制。

　　1.3 實驗辦法

　　本研討經(jīng)過中試一方面找到去除氨氮的最佳工藝條件，另一方面借此測試并完善設備的性能參數(shù)，其工藝流程如圖2所示。

　　整個中試在室溫(25T左右)下實施，首先在原水池中加人氯化銨并選擇性加人硫酸溶液和氫氧化鈉溶液，通入自來水配制成不同pH值和不同氨氮濃度的模仿水，啟動原水池中的攪拌機混合平均。選擇性翻開氧化池的進水閥門，經(jīng)過流量計控制并記載進水流量。同時在溶藥池內(nèi)配好次氯酸鈉溶液，翻開閥門，經(jīng)過流量計控制并記載藥劑投加量，選擇性啟動氧化池內(nèi)的攪拌機將藥劑與水實施充沛攪拌(與上述水樣配制過程相同，均可經(jīng)過手持式濁度儀和流速測定儀判別能否混合平均)。調(diào)理攪拌機的攪拌速度，控制攪拌時間和靜置反響時間，取水樣過濾后測定出水氨氮濃度，調(diào)查氨氮濃度、次氯酸鈉投加量、pH值、進出水口高度、攪拌方式、攪拌時間、攪拌速度、反響時間等工藝條件對氨氮去除效果的影響。此外，思索到實踐突發(fā)污染水源的氨氮濃度，本研討分別選取超越我國集中式生活飲用水地表水源HI類水氨氮限值(1.0mg/L)的5、10、20倍(即5.0、10.0、20.0mg/L作為初始濃度實施實驗。氨氮濃度采用納氏試劑分光光度法測定。

　　二、實驗計劃與過程

　　2.1 去除氨氮的最佳工藝條件

　　2.1.1 工藝原理

　　實驗采用折點加氯法去除氨氮，采用的藥劑為次氯酸鈉(俗稱漂水)。折點加氯法是將氯通人水中把NH3-N氧化成N2的化學脫氮工藝。當氯通入水中到達某一點時水中游離氯含量最低，氨的濃度降為零，若氯通人量超越該點，水中的游離氯就會增加，因而該點稱為折點，該狀態(tài)下的氯化稱為折點氯化。該辦法最突出的優(yōu)點是可經(jīng)過正確控制加氯量和對流量實施均化，使水中氨氮濃度降為零，同時到達消毒目的。

　　2.1.2 正交實驗

　　依據(jù)反響原理，影響次氯酸鈉氧化脫氮的要素主要有氨氮初始濃度(A)、次氯酸鈉投加量(B)、反響時間(C)和pH值(D)，每個要素選取3個程度，選用L9(43)布置正交實驗，如表1所示。

　　2.1.3 單要素最優(yōu)程度實驗

　　參照正交實驗結(jié)果，在典型濃度下以次氯酸鈉投加量、反響時間和pH值為根本條件，肯定常量與變量，進一步調(diào)查工藝條件對氨氮去除效果的影響。

　　①次氯酸鈉投加量對氨氮去除效果的影響

　　本研討分別思索3個典型濃度下的實驗效果，便當實踐工程應用實施數(shù)據(jù)參考。控制反響時間為40min，不調(diào)理pH值，模仿水中氨氮濃度為5.0mg/L時分別投加1、1.5、1_7、1.8、2、2.3、2.5mL/L次氯酸鈉，模仿水中氨氮濃度為10.0mg/L時分別投加1.5、1.7、1.8、1.9、2、2.3、2_5mL/L次氯酸鈉，模仿水中氨氮濃度為20.0mg/L時分別投加10、12、15、16、17、20、25mL/L次氣酸鈉，調(diào)查次氯酸鈉投加量對氨氮去除效果的影響。

　　②反響時間對氨氮去除效果的影響

　　配制5.0、10.0、20.0mg/L典型濃度的氨氮污染模仿水樣，不調(diào)理pH值，依照實驗①肯定的最佳量投加次氯酸鈉，控制反響時間分別為10、20、30、40、60、90、120min，調(diào)查反響時間對氨氮去除效果的影響。

　　③pH值對氨氮去除效果的影響

　　仍選取以上3個典型濃度的氨氮污染模仿水樣，控制3個典型濃度下的最佳次氯酸鈉投量和最佳反響時間，調(diào)理反響pH值分別為5、6、7、8、9、10、11，調(diào)查pH值對氨氮去除效果的影響。

　　2.2 設備性能參數(shù)優(yōu)化

　　依據(jù)2.1節(jié)肯定的最佳工藝條件，選取應急事情寸常見氨氮濃度(10.0mg/L)，調(diào)查設備進出水口高度、攪拌方式、攪拌時間、攪拌速度對氨氮去除效果的影響，由此優(yōu)化設備性能。

　　2.2.1 進出水口高度對氨氮去除效果的影響

　　配制10.0mg/L典型濃度的氨氮污染模仿水樣，不調(diào)理pH值，投加1.9mL/L次氯酸鈉，依次選擇1、2、3、4、5號進水口(分別距池底25、45、65、81、95cm)，啟動旋槳式機械攪拌機以60r/min攪拌5min，然后靜置40min，從3號出水口(距池底93cm)取水樣，過濾后檢測氨氮濃度，調(diào)查進水口髙度對氨氮去除效果的影響。

　　同理，從上述最佳進水口通入氨氮污染模仿水樣，分別選擇1、2、3號出水口(分別距池底16、57、93cm)取樣，過濾后檢測氨氮濃度，調(diào)查出水口高度對氨氮去除效果的影響。

　　2.2.2 攪拌方式對氨氮去除效果的影響

　　配制10.0mg/L典型濃度的氨氮污染模仿水樣，不調(diào)理pH值，投加1.9mL/L次氯酸鈉，選擇最佳進水口通人模仿水樣，分別啟動旋槳式機械攪拌機、潛水攪拌機或者不采用攪拌機而應用水力攪拌混合，以60r/min攪拌或不攪拌，5min后靜置40min，選擇最佳出水口取水樣，過濾后檢測氨氮濃度，調(diào)查攪拌方式對氨氮去除效果的影響。

　　2.2.3 攪拌時間與速度對氨氮去除效果的影響

　　配制10.0mg/L典型濃度的氨氮污染模仿水樣，不調(diào)理pH值，投加1.9mL/L次氯酸鈉，選擇最佳進水口通人模仿水樣，選擇最佳攪拌方式機械攪拌，以60r/min的速度分別攪拌30、60、120、180、300S，靜置40min，選擇最佳出水口取樣，過濾后檢測氨氮濃度，調(diào)查攪拌時間對氨氮去除效果的影響。

　　同理，選擇上述最佳攪拌時間，分別以60、75、90、105、120r/min的速度攪拌，經(jīng)同樣處置后檢測氨氮濃度，調(diào)查攪拌速度對氨氮去除效果的影響。

　　三、結(jié)果與討論

　　3.1 氨氮去除工藝

　　經(jīng)過正交實驗，次氯酸鈉氧化脫除氨氮的測定結(jié)果如表2所示?？芍?，各要素對氨氮去除效果的影響排序為氨氮初始濃度>反響時間>次氯酸鈉投加量>pH值。

　　3.1.1 次氯酸鈉投加量對氨氮去除效果的影響

　　實驗結(jié)果標明，在室溫、不調(diào)理pH值、反響40min的條件下，氨氮去除率隨次氯酸鈉投加量的增加而快速提升。當氨氮初始濃度為5.0mg/L、次氯酸鈉投加量為2.5mL/L時，次氯酸鈉氧化對氨氮的去除率可到達99%以上，但投加1.7mL/L次氯酸鈉時氨氮濃度已降到1.0mg/L以下，綜合思索去除效果和運轉(zhuǎn)本錢肯定次氯酸鈉最佳投加量為1.7mL/L。同樣可得，氨氮濃度超標10倍時次氯酸鈉最佳投加量為1.9mL/L。此外，氨氮濃度超標20倍時，次氯酸鈉投加量越大，氨氮去除率越高，但在最高投藥量下反響40min仍缺乏以使氨氮濃度達標，因而將在后續(xù)實驗中綜合思索反響時間等要素尋覓該濃度下的最佳投藥量。

　　3.1.2 反響時間對氨氮去除效果的影響

　　在室溫，不調(diào)理pH值，對應5.0、10.0、20.0mg/L初始氨氮濃度的次氯酸鈉投加量分別為1.7、1.9、15mL/L的條件下，3個典型濃度下氨氮去除率均大致隨反響時間的增加而上升，120min后去除率可到達90%左右。40min處是一個拐點，10~40min內(nèi)氨氮去除率快速提升(見圖3)，思索到應急工程中要在最短時間內(nèi)到達出水水質(zhì)規(guī)范，因而肯定最佳反響時間為40min。

　　3.1.3 PH值對氨氮去除效果的影響

　　在室溫，對應5.0、10.0、20.0mg/L初始氨氮濃度的次氯酸鈉投加量分別為1.7、1.9、15mL/L，反響40mm的條件下，3個典型濃度下氨氮去除率隨pH值的變化趨向分歧，大致表現(xiàn)為從酸性到中性逐步提升，然后從中性到堿性開端降低。pH值為7~9時氨氮去除率最高，該pH值范圍與測得的模仿水樣的pH值分歧，因而不調(diào)理PH值有利于氨氮的去除。同時還發(fā)現(xiàn)，在3個典型濃度下，氨氮去除率隨pH值變化動搖幅度較小，這闡明pH值對氨氮去除效果的影響較小，實踐應用中可不思索，與上述正交實驗結(jié)果分歧。

　　3.2 設備性能參數(shù)優(yōu)化

　　3.2.1 進出水口高度對氨氮去除效果的影響

　　在氨氮初始濃度為10.〇mg/L時，依次選擇1、2、3、4、5號進水口(分別距池底25、45、65、81、95cm)運轉(zhuǎn)工藝(室溫、不調(diào)理pH值、次氯酸鈉投加量為1.9mL/L、攪拌速度為60r/min、反響40min，下同)，反響后從3號出水口(距池底93cm)出水，實驗結(jié)果標明從5號進水口進水時氨氮去除率最高，可到達92.88%。總體上來看，從5個進水口進水時氨氮去除率動搖范圍不大，闡明進水口高度對氨氮去除效果的影響相對較小。但為完善工藝性能，倡議實踐工程中設計進水口高度為水池有效深度的9/10。

　　從5號進水口通人同樣濃度的模仿水樣，經(jīng)設備處置后分別從1、2、3號出水口取樣，測得從3號出水口出水時氨氮去除率要顯著低于1號和2號，可能是攪拌機的裝置高度限制了底部出水口的混合效率。從2號出水口出水時氨氮去除率最高，到達92.77%，因而倡議設備出水口設計高度為水池有效深度的1/2。

　　3.2.2 攪拌方式對氨氮去除效果的影響

　　在氨氮初始濃度為10.0mg/L時，從5號進水口進水，改動不同的攪拌方式運轉(zhuǎn)反響后從2號出水口出水，經(jīng)旋槳式機械攪拌機攪拌后氨氮去除率最高，可到達90.88%，潛水攪拌機的效果次之，去除率約為82.89%，而單純依托進出水的水動力攪拌時氨氮去除率遠低于機械攪拌和潛水攬拌，并且在相同條件下達不到出水水質(zhì)請求。因而，倡議設備的攪拌工藝采用機械攪拌槳。

　　3.2.3 攪拌時間與速度對氨氮去除效果的影響

　　在上述同等工藝條件下，攪拌時間和速度對氨氮去除效果的影響較大，氨氮去除率均隨攪拌時間和速度的增加而提升，見圖4。

　　如圖4(a)所示，當攪拌時間到達300s(即5min)時氨氮去除率最高可達90%以上，但攪拌180s(即3min)時已到達出水水質(zhì)請求，為節(jié)約本錢，選擇設備最佳攪拌時間為3min。如圖4(b)所示，攬拌速度越快則氨氮去除率越高，控制攪拌時間為3min，攪拌速度到達75r/min時出水水質(zhì)可達標，超越100r/min時氨氮去除率可到達90%以上。因而，倡議設備攪拌速度控制在75r/min以上。

　　3.3 補充與討論

　　3.3.1 關(guān)于折點加氯法與余氯處置

　　折點加氯法固然便利、高效，但也應思索到出水中殘留的氯對河流中魚類具有較大的致死性，研討發(fā)現(xiàn)當水中游離氯含量超越0.4mg/L時，對魚類致死量較高。為考證該結(jié)論的牢靠性，本研討在氧化池出水中放養(yǎng)了10條羅非魚，5min內(nèi)全部死亡。因而，投加次氯酸鈉處置后的出水在排放前通常需求用雙氧水實施反氯化，以去除水中殘留的氯，最大水平降低死魚現(xiàn)象。后續(xù)實驗初步研討了在保證投加足量的次氯酸鈉時雙氧水的投加量與反響時間對水中余氯的影響。

　　分別選擇超標5、10、20倍濃度的氨氮模仿水樣實施實驗，通入各濃度下最佳量的次氯酸鈉，發(fā)現(xiàn)經(jīng)最佳工藝處置后，出水余氯濃度大致在5mg/L左右(實測5.3mg/L)，因而本實驗調(diào)查在該余氯濃度下雙氧水的投加狀況。在處置出水中分別投加8、10、15、20、25、30、35μL/L雙氧水，反響15、30、60min后快速測定出水中游離氯的濃度，結(jié)果如圖5所示。

　　由圖5可知，余氯濃度隨雙氧水投加量和反響時間的增加而減少。25μL/L是雙氧水投加量的拐點，投加8~20μL/L雙氧水，余氯濃度開端逐步降低，當投加25μL/L時余氯濃度急劇降落，反響30min后降到0.2mg/L以下，超越25μL/L時余氯濃度雖有所降低但停頓遲緩。去除余氯后再次在氧化池中放養(yǎng)10條羅非魚，24h內(nèi)僅有1條死亡。因而，倡議雙氧水最佳投量為25μL/L。

　　3.3.2 關(guān)于設備的完善晉級

　　處置流量(4m3/h)、攪拌槳裝置高度(距池底20cm)、槳葉方式(旋槳式兩葉槳)等參數(shù)，也有很大可能影響設備的運轉(zhuǎn)效果，因而后續(xù)研討可改動這些參數(shù)，對設備性能進一步完善晉級。

　　四、結(jié)論

　　①次氯酸鈉氧化脫除氨氮的影響要素排序為：氨氮初始濃度>反響時間>次氯酸鈉投加量>pH值。由于反響pH值對氨氮去除率的影響較低，實踐工程中可不作思索。典型濃度下應急處置氨氮污染飲用水源的最佳工藝條件如下：在常規(guī)pH值條件下，水中氨氮濃度超標5、10、20倍時分別投加次氯酸鈉1.7、1.9、15mL/L，反響40min，根本能使水中氨氮濃度降到地表水IE類規(guī)范限值1.0mg/L以下。

　　②化學氧化設備主體資料強度高、耐腐蝕性強，鋼管支架支撐性好，搭建靈敏、便當，設備整體上便利、可拆卸，滿足應急處置設備的請求。倡議設置設備的有效處置水深為水池高度的4/5，進水口設在水池有效深度的9/10處，出水口設在水池有效深度的1/2處，設備內(nèi)選用機械攪拌槳，攪拌速度不低于75r/min，攪拌時間不少于3min。

　　③雙氧水能有效降低水中余氯濃度，當出水中余氯濃度約為5mg/L時，投加25μL/L雙氧水、反響30min后余氯濃度能降到0.2mg/L以下，減輕對水生生物的危害。