用總有機(jī)碳TOC方法優(yōu)化飲用水營(yíng)養(yǎng)物去除工藝

飲用水中的硝酸鹽

美國(guó)環(huán)保局（EPA）乃至公眾擔(dān)心飲用水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（例如含氮和磷的物質(zhì)）含量過(guò)高，會(huì)危及公共健康，這就使得水處理廠必須改進(jìn)處理工藝。對(duì)致力于滿足法規(guī)規(guī)定的氮含量限值的水處理廠來(lái)說(shuō)，如何降低來(lái)自徑流、肥料、污水、發(fā)電廠、化學(xué)品廠的含氮化合物的濃度始終是個(gè)難題。當(dāng)飲用水中的含氮量過(guò)高時(shí)，配水系統(tǒng)就會(huì)被富營(yíng)養(yǎng)化，成為細(xì)菌的滋生地。硝酸鹽危害嬰兒、孕婦、酶缺乏癥患者的健康，降低他們的血液送氧能力^1,2。美國(guó)環(huán)保局規(guī)定的飲用水中的硝酸鹽濃度限值為10 ppm，亞硝酸鹽濃度限值為1 ppm²。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢物和人類的排泄物排放到環(huán)境中，地表水和地下水中的硝酸鹽含量越來(lái)越高，例如在美國(guó)加州的地下水井中就檢測(cè)到高濃度的硝酸鹽。因此，脫硝（脫氮）就成為水處理工藝的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

生物脫硝

脫硝是通過(guò)添加碳源（也稱為電子供體，例如源流中的甲醇、乙醇、MicroC^®、乙酸、糖漿、碳等），將硝酸鹽還原成氮?dú)獾倪^(guò)程³。生物脫硝是其中一種脫硝方法，就是用厭氧細(xì)菌來(lái)消化碳源，從而降低硝酸鹽含量³。與常規(guī)過(guò)濾和泥漿脫硝相比，生物脫硝有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如生物脫硝可以在連續(xù)過(guò)程中進(jìn)行，且無(wú)需去除固體顆粒。生物脫硝對(duì)能源的需求極低，占用的工作面積小，還可以通過(guò)提高碳源的利用率來(lái)不斷優(yōu)化脫硝工藝。當(dāng)細(xì)菌消耗掉硝酸鹽之后，氮?dú)獗銖乃幚沓刂信懦?，就可以?duì)脫硝后的水進(jìn)行最終處理，然后將其送到配水系統(tǒng)中。這種生物處理方法也可以用來(lái)去除其它污染物，如鉻酸鹽、高氯酸鹽、硒等。

TOC分析法的優(yōu)勢(shì)

生物脫硝的關(guān)鍵在于優(yōu)化碳源的用量。世界衛(wèi)生組織在關(guān)于去除硝酸鹽的文獻(xiàn)中說(shuō)，“控制碳源用量對(duì)工藝操作至關(guān)重要，可以使用在線型分析儀來(lái)監(jiān)測(cè)處理后的水中的殘留物濃度”⁴。在進(jìn)行脫硝時(shí)，如果用碳量不夠，就無(wú)法將硝酸鹽全部還原成氮?dú)?，還會(huì)在水中留下大量的亞硝酸鹽和氮氧化物。相反，如果用碳量過(guò)高，細(xì)菌就會(huì)進(jìn)而分解水中其它化學(xué)物質(zhì)，例如分解硫酸鹽，產(chǎn)生硫化氫氣體，不但氣味難聞，還會(huì)造成有害后果。如果出水中有大量的細(xì)菌或碳，就會(huì)提高生物需氧量（BOD，Biological Oxygen Demand），增加有機(jī)消毒副產(chǎn)物（DBP，Disinfection Byproduct）的前體。

TOC在線分析法能夠?qū)崟r(shí)顯示用碳量和除氮量之間的關(guān)系變化和偏差。此分析法不僅可以保證水中的硝酸鹽和有機(jī)物含量降到Z低，還能節(jié)省操作設(shè)備所需的時(shí)間、資源、化學(xué)品、資金。連續(xù)監(jiān)測(cè)法允許操作人員根據(jù)情況變化來(lái)及時(shí)調(diào)整工藝，而無(wú)需將樣品送到第三方實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，因而具有省時(shí)省力的優(yōu)點(diǎn)。

圖1：生物脫硝流程示意圖

采用TOC在線分析法后，就不必再根據(jù)出水中的硝酸鹽/亞硝酸鹽的濃度來(lái)猜測(cè)碳源的使用效率。用此方法來(lái)監(jiān)測(cè)脫硝結(jié)果還有一大優(yōu)點(diǎn)，就是能夠同下游水處理廠的工藝相匹配。對(duì)飲用水進(jìn)行TOC分析，有助于水廠達(dá)到美國(guó)環(huán)保局對(duì)TOC去除率、DBP監(jiān)測(cè)、工藝優(yōu)化的規(guī)定指標(biāo)。隨著社會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)飲用水的需求不斷提高、水資源相對(duì)減少、人們的污染防范意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，水處理廠有必要優(yōu)化工藝，以便高效去除水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)污染物。