氮吸附反应槽（NAR）吸附过滤装置在在新农村污水处理中的应用
时至今日，社会主义新农村建设已走过近5 个年头，对于污水治理的要求也越来越高，已从原来要求的《水污染物排放标准》（DB11/307—2005）一级B 排放标准提升到一级A，这对各郊区县水务部门提出了更高的要求，也给环保企业增加了难题，尤其是氨氮的处理。《北京市水污染物排放标准》一级B 中氨氮要求达到5 mg / L，而一级A 要求达到2 mg / L，从而对处理技术及工艺流程必然提出进一步的严格要求，同时对原有污水处理的升级改造也势在必行，而目前采用的生物法已很难达到此要求，且生化法处理成本高，投资大，占地多[ 1 ]。而NAR 吸附过滤装置则解决了这一难题。NAR 可以作为脱氮除氮极为有效的装置也可配套除磷和有机物的去除。与生化处理相比，物化处理脱氨氮技术可以实现氨氮的深度处理，并且操作弹性大、效率高、投资省、占地少[ 2]。
1 NAR 吸附过滤装置技术原理
1.1 NAR 吸附过滤装置填料的结构特性
NAR 装置最大的特点是采用了一种特殊的介质填料。该填料是一种呈结晶阴离子型架状结构的多孔硅铝酸盐矿物质，构成该填料结晶阴离子型架状结构的最基本单位是硅氧（SiO4）四面体和铝氧（AlO4）四面体。在这种四面体中，中心是硅（或铝）原子，每个硅（或铝）原子的周围有4 个氧原子，各个硅氧四面体通过处于四面体顶点的氧原子互相连接起来，形成所谓的巨大分子，也称硅氧四面体群。其中在铝氧四面体中由于1 个氧原子的价电子没有得到中和，使得整个铝氧四面体带有1 个负电荷，为保持电中性，附近必须有1 个带正电荷的金属阳离子（M+）来抵消极性（通常是碱金属或碱土金属离子）。
1.2 填料离子交换法脱氨氮
由于该填料阳离子和铝硅酸盐结合相当弱，具有很大的流动性，极易和周围水溶液中的阳离子发生交换作用，交换后的填料结构不被破坏。该填料的这种结构决定了它具有离子交换性。其脱氨氮的原理为该填料与NH4+发生离子交换，可用下式表示：
X+Z-+NH4+→NH4+Z-+X+ （1）
式中： Z 表示铝硅酸盐的阴离子格架；X 表示交换离子。
因离子态的氨氮可以通过填料中的孔道和孔穴而与阳离子进行离子交换而被去除。当填料耗尽后需要进行再生，主要采用化学再生法，即用含有适当再生剂（主要是NaOH、NaCl）的液相处理所用过的填料。化学再生的过程实际上是离子交换过程的逆过程，可表示如下：
NH4+Z-+X+→X+Z-+NH4+ （2）
式中： Z 表示铝硅酸盐的阴离子格架；X 表示Na。
交换容量和吸附速率是评价该填料性能的2 个关键指标。影响该填料交换性能的因素较多，其中主要的影响因素有： pH 值、水力停留时间、填料粒径、污水组成等。①pH 值：一般控制在9～10。②水力停留时间：在较长的水力停留时间即较小的进水流量条件下，氨氮的去除率均较高。③粒径：一般采用（20～80）目的填料。粒径小，填料相对富集，接触表面较大，交换容量相对较大，且粒度越细，氨氮的去除速率越快。④污水组成：污水中的部分阳离子会产生交换竞争。在一般的城市污水阳离子组成中，K+为主要的干扰离子，Ca2+、Mg2+、Na+的影响较小，其影响程度随着浓度的上升呈较为均匀的增加。K+对NH4+的离子交换过程抑制作用最明显，可使氨氮的去除率减少20%以上。⑤过滤速度和床层高度：保持较低的滤速可使氨氮与填料充分接触，研究证明滤速在2m/ h 左右效果较好；同时床层高度相对较高，从而使污水与填料接触时间较长，达到较好的处理效果。
1.3 填料吸附法脱氨氮
该填料具有空旷的骨架结构，独特的晶体结构使其具有大量均匀内表面较大的微孔，可以吸附大量的分子，孔径大多在1 μm 以下。其均匀的微孔与一般物质的分子大小相当，由此形成了分子筛的选择吸附特性，主要是去除分子态的氨氮。由于氨氮的直径与填料的孔穴和孔道的直径相当，所以处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，便产生孔壁场迭加，形成超孔效应，使其吸引力特别强。另外填料晶格孔穴中分布有阳离子，同时部分格架氧也具有负电荷，这样在这些离子周围便形成强大的电场。
2 工程应用实践
延庆县康庄镇马营村于2009 年建立生活污水处理与回用系统，设计污水处理量为80 m3 / d，应用生物接触氧化一体化设备与NAR 过滤装置技术将其生活污水处理至一级A 标准，并可用于浇灌绿地、站内杂用等。该处理系统已于2009 年9 月建成并投入使用，且大部分设施采用地埋式安装，覆土绿化，景观优美，运行情况良好。2009 年12 月，该项目通过了有关部门组织的验收。马营村污水处理工程的工艺流程见图1，出水监测指标数据见表1，NAR 系统运行见图2。
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图1 马营村污水处理工程工艺流程图
表1 马营村污水处理工程进出水水质
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图2 NAR系统装置图
NAR 吸附过滤装置在运行过程中需要定期反洗和填料再生，一般情况下每周反洗（1~2）次。填料的再生采用盐类溶液，并将pH 值调到9~10，在碱性条件下能获得较好的再生效果。在运行过程中将NAR 出水部分回流至中间水池，这主要是由于进入NAR 装置的氨氮已经很低，为了达到更好的处理效果，将部分出水回流再次经过NAR 装置处理。
从系统运行的监测结果来看，整个工艺流程CODCr去除率在90%以上，BOD5去除率达到了99 %，氨氮也降到了2 mg / L 以下。整套系统排水水质不但达到了《城市杂用水水质标准》（GB/T18920-2002）规定的中水回用于冲厕绿化的条件，而且符合《水污染物排放标准》（DB11/307-2005）一级限制A 级标准。到目前为止，该污水处理系统出水氨氮指标仍在2 mg / L 以下，整套污水处理系统运行良好。
3 NAR 吸附过滤装置优点
NAR 吸附过滤装置由于其独有的介质填料和结构特点，具有以下优点。
（1）由于NAR 装置较大的高径比使得该装置占地少，比较适用于北京市郊区县的农村污水处理项目。
（2）效率高(去除率在90% ～ 95%)[ 3 ]，能耗低，投资少。
（3）可操作性强： NAR 系统在有条件的情况下可全自动运行，但也可手动运行，同样可以得到应有的运行效果。
（4）从马营村污水处理工程进出水质可以看出，该装置对总磷和COD 也存在一定的去除效果。
4 结语
NAR 吸附过滤装置是一种深度污水处理技术，可更好去除污水中的氨氮，适用于污水的二级或三级处理。与人工合成的离子交换树脂相比，在有干扰阳离子特别是水中有Ca2+、Mg2+存在时，有更好的脱氨氮效果。且该填料成本低廉，从经济的观点来看，该装置比普通的过滤装置相比成本低。由于农村污水水量较小且地方有限，现在新建项目要求达到《水污染排放标准》一级A 标准，因而NAR 吸附过滤装置可广泛应用于北京市郊区县的农村污水处理工程项目中，这将是未来北京市新农村污水处理建设发展的趋势。
参考文献
[1] 林奇. 吹脱法处理中低浓度氨氮废水[J]. 福建环境, 2000, 17(6): 35-37.
[2] 梁刘艳, 汪苹. 废水脱氮处理方法研究[J]. 北京轻工业学院学报, 2001, 19(1): 29-35.
[3] 袁克城, 马清军, 苏凤林. 处理氨氮废水的技术研究[J]. 化学工程师, 2009, (3): 46-47, 57.
作者简介：王学忠（1982—），男，工程师。
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