難題：飲用水中的硝酸鹽

　　美國環(huán)保局（EPA）乃至公眾擔(dān)心飲用水中的營養(yǎng)物質(zhì)（例如含氮和磷的物質(zhì)）含量過高，會危及公共健康，這就使得水處理廠必須改進處理工藝。對致力于滿足法規(guī)規(guī)定的氮含量限值的水處理廠來說，如何降低來自徑流、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難題。當(dāng)飲用水中的含氮量過高時，配水系統(tǒng)就會被富營養(yǎng)化，成為細菌的滋生地。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 ppm 2。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越高，例如在美國加州的地下水井中就檢測到高濃度的硝酸鹽。因此，脫硝（脫氮）就成為水處理工藝的一個重要環(huán)節(jié)。

　　方法：生物脫硝

　　脫硝是通過添加碳源（也稱為電子供體，例如源流中的甲醇、乙醇、MicroC®、乙酸、糖漿、碳等），將硝酸鹽還原成氮氣的過程3。生物脫硝是其中一種脫硝方法，就是用厭氧細菌來消化碳源，從而降低硝酸鹽含量3。與常規(guī)過濾和泥漿脫硝相比，生物脫硝有諸多優(yōu)點，例如生物脫硝可以在連續(xù)過程中進行，且無需去除固體顆粒。生物脫硝對能源的需求極低，占用的工作面積小，還可以通過提高碳源的利用率來不斷優(yōu)化脫硝工藝。當(dāng)細菌消耗掉硝酸鹽之后，氮氣便從水處理池中排出，就可以對脫硝后的水進行最終處理，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去除其它污染物，如鉻酸鹽、高氯酸鹽、硒等。

　　解決方案：TOC分析法的優(yōu)勢

　　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中說，“控制碳源用量對工藝操作至關(guān)重要，可以使用在線型分析儀來監(jiān)測處理后的水中的殘留物濃度”4。在進行脫硝時，如果用碳量不夠，就無法將硝酸鹽全部還原成氮氣，還會在水中留下大量的亞硝酸鹽和氮氧化物。相反，如果用碳量過高，細菌就會進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，還會造成有害后果。如果出水中有大量的細菌或碳，就會提高生物需氧量（BOD，Biological Oxygen Demand），增加有機消毒副產(chǎn)物（DBP，Disinfection Byproduct）的前體。理想的情況是用碳量剛好能維持細菌的活性。因此，碳源使用的優(yōu)化對于實現(xiàn)高效脫硝、節(jié)約成本、提高工藝效率來說至關(guān)重要。TOC分析儀在監(jiān)測進水中的硝酸鹽和出水中的硝酸鹽/亞硝酸鹽的含量時，能夠給出給定碳源的除氮量。用TOC分析儀進行脫硝后的監(jiān)測，能夠以非專屬的方法來快速測量碳源的除氮效率。生物脫硝的工藝流程如圖1所示。TOC在線分析法能夠?qū)崟r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物含量降到較低，還能節(jié)省操作設(shè)備所需的時間、資源、化學(xué)品、資金。連續(xù)監(jiān)測法允許操作人員根據(jù)情況變化來及時調(diào)整工藝，而無需將樣品送到第三方實驗室進行分析，因而具有省時省力的優(yōu)點。

　　采用TOC在線分析法后，就不必再根據(jù)出水中的硝酸鹽/亞硝酸鹽的濃度來猜測碳源的使用效率。用此方法來監(jiān)測脫硝結(jié)果還有一大優(yōu)點，就是能夠同下游水處理廠的工藝相匹配。對飲用水進行TOC分析，有助于水廠達到美國環(huán)保局對TOC去除率、DBP監(jiān)測、工藝優(yōu)化的規(guī)定指標(biāo)。隨著社會對經(jīng)濟飲用水的需求不斷提高、水資源相對減少、人們的污染防范意識越來越強，水處理廠有必要優(yōu)化工藝，以便高效去除水中的營養(yǎng)物質(zhì)和有機污染物。

　　參考文獻

　　1.“Rolling Revision of the WHO Guidelines for Drinking-Water Quality:Nitrates and nitrites in drinking-water.”July 2004.World Health Organization.

　　2.“Consumer Factsheet on:NITRATES/NITRITES.”US EPA.

　　3.Neethling,J.B.“Tertiary Denitrification Processes for Low Nitrogen and Phosphorus.”November 2010.Water Environment Research Foundation.

　　4.“Water Treatment Processes for Reducing Nitrate Concentrations.”World Health Organization:Water Sanitation Health.

• SieversM5310C在線型總有機碳TOC分析儀

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