活性无烟煤滤料去除氨氮与亚硝酸盐氮效果的中试研究

摘要：通过中试对比研究了石英砂滤料与活性无烟煤滤料去除氨氮、亚硝酸盐氮、浊度的效果。结果表明，不增加待滤水溶解氧，将氨氮去除至0.5mg/L以下，活性无烟煤滤料进水氨氮含量应不高于2.0mg/L，而石英砂滤料应不高于1.0mg/L，且石英砂滤料会造成亚硝酸盐氮含量增加，两种滤料均能将出水浊度控制在0.5NTU以下。

传统给水处理工艺中的石英砂滤池在控制出水浊度方面起到了关键作用，但对氨氮的去除作用有限。采用折点加氯法去除水中氨氮，耗氯量大，费用高，且会与有机物反应生成具有“三致”作用的卤代消毒副产物。氨氮去除不彻底可能引起诸如饮用水生物稳定性差、亚硝酸盐偏高、消毒耗氯量大和嗅味等问题。目前，已有关于利用生物陶粒、轻质滤料、活性炭滤池深度处理等工艺去除水中氨氮的研究明，但这些工艺需在已有水厂新建构筑物，改造成本高、用地困难。因此，对砂滤池进行改造，使其在保障出水浊度的同时，进一步提高氨氮去除效果，对现有水厂的改造具有重要意义。

活性无烟煤具有丰富的多孔结构和较大的比表面积，有利于微生物的附着，将活性无烟煤作为滤池滤料，可利用生物硝化作用去除氨氮，并截留颗粒物质，发挥传统的过滤性能。本中试对比研究了活性无烟煤滤料和石英砂滤料对氨氮的去除效果，为水厂滤池改造提供技术参考。

1 试验部分

1.1 试验方法

中试进水流量为5m³/h，石英砂滤料有效粒径D₁₀=0.90mm，滤层厚度为1.2m，活性无烟煤滤料粒径 0.8~2.0mm，碘吸附值＞600mg/g。滤层厚度为1.0m，两组滤池滤速均为8m/h，试验前已稳定运行3个月自然挂膜。为模拟雨季内河排涝造成的季节性氨氮污染，原水由东江与内河废水按一定比例混合配水, 经混凝、沉淀后过滤池。

1.2 进水水质

经混凝、沉淀后的滤池进水水质见表1。

表1 滤池进水水质

1.3 检测方法

氨氮测定采用纳氏分光光度法，亚硝酸盐氮测定采用重氮偶合分光光度法，溶解氧测定采用哈希LDO便携式溶解氧仪，浊度测定采用哈希2100N2100P浊度仪。

2 结果与讨论

2.1 氨氮的去除效果

试验考察了过滤周期内两种滤料对氨氮的去除效果，如图1所示。结果表明，在待滤水氨氮浓度升高时，活性无烟煤滤料均能稳定有效去除氨氮，而石英砂对氨氮的去除效果不稳定，当待滤水氨氮高于1.0mg/L，出水氨氮高于0.5mg/L。活性无烟煤滤料表面粗糙且具有多孔结构，而石英砂滤料表面则较平整、光滑。粗糙表面及多孔结构使活性无烟煤滤料具有较高的比表面积，表面可附着较多的生物膜；此外，粗糙表面还可以使附着的生物膜在反冲洗时不易脱落。因此，活性无烟煤作为滤料时具有比传统石英砂滤料更稳定有效的去除氨氮的能力。

当待滤水氨氮浓度为2.0mg/L时，活性无烟煤滤料滤池出水溶解氧含量降至0.9mg/L，相比于待滤水消耗了约7.8mg/L，出水氨氮为0.3mg/L，由此计算出去除1mg/L氨氮实际需要消耗溶解氧为4.60mg/L，与理论值4.57mg/L基本一致。因此，受溶解氧含量的限制，若不采取纯氧曝气等措施增加待滤水溶解氧，活性无烟煤滤料可去除氨氮浓度的上限约为2.0mg/L，否则出厂氨氮将高于《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的限值0.5mg/L。

2.2 亚硝酸盐氮的去除效果

试验考察了过滤周期内两种滤料对亚硝酸盐氮的去除效果，如图2所示。结果表明，待滤水亚硝酸盐氮含量在0.107~0.254mg/L之间，活性无烟煤滤料滤池出水中亚硝酸盐氮含量接近为0，基本完全去除，而石英砂滤料滤池在进水氨氮升高时，出水亚硝酸盐氮含量比进水有升高，这可能是进水的氨氮被亚硝化菌转化为NO₂^-N，而石英砂滤料的硝化菌数量及活性无法将水中原有的NO2-N和氨氮转化形成的NO₂^-N全部去除，造成了亚硝酸盐氮的积累。

2.3 浊度的去除效果

试验考察了过滤周期内两种滤料对浊度的去除效果，如图3所示。结果表明，待滤水浊度在1.14~3.24NTU之间，石英砂滤料和活性无烟煤滤料滤池均可将浊度降低至0.5NTU以下，说明这两种滤料截留颗粒、保障出水浊度方面均有显著效果。

3 结论

3.1 不增加待滤水溶解氧，将氨氮去除至0.5mgL以下，活性无烟煤滤料进水氨氮含量应不高于2.0mg/ L，而石英砂滤料应不高于1.0mg/L, 活性无烟煤滤料去除氨氮效果明显优于石英砂滤料。

3.2 待滤水氨氮含量高于1.5mg/L时，石英砂滤料出水亚硝酸盐氮含量比进水更高，可能是由氨氮转化的亚硝酸盐氮在滤层积累所致，而活性无烟煤滤料对亚硝酸盐氮去除效果显著，未发现存在积累。

3.3 待滤水浊度在1.14~3.24NTU之间，石英砂滤料和活性无烟煤滤料滤池均可将浊度降低至0.5NTU以下，说明这两种滤料在截留颗粒、保障出水浊度方面均有显著效果。