城市河道治理氨氮去除影響因素實驗研究

楊大魁

(凌源市水務局，遼寧 朝陽 122500)

河道作為城市建設的重要組成部分，是人類社會發展的基礎[1]。但隨著社會的快速發展，城市污水、工業廢水大量排放入河道，致使河道的生態系統遭到破壞。據統計，我國90%的城市地表水受到污染[2-3]，這預示著河道治理迫在眉睫。氨氮是造成河道污染的主要原因之一。氨氮主要來自于工業廢水、農田排水以及生活污水[4]。水體中氨氮過多會使水體富營養化，并減少水體中氧氣含量，威脅水生生物的生存，進而對人類的生存造成危害[5]。文章通過對河道投加堿度減少氨氮含量，為選取最佳配比方案治理河道提供理論依據。

1 城市河道水質分析

1.1 城市河道的選取

試驗選取大凌河的5個地點進行水樣實驗，分別為：1號漫水橋、2號漫水橋、3號漫水橋、4號漫水橋、5號漫水橋。在2016年10月至2017年10月，分別在冬季(12月、1月、2月)、春季(3月、4月、5月)、夏季(6月、7月、8月)、秋季(9月、10月、11月)采取水樣，采樣時取樣深度為河道表層0～15cm。水樣檢測分為現場檢測、實驗室檢測，DO與水溫為河道現場檢測，氨氮、堿度、CODMn、pH指標帶回實驗室檢測。

1.2 城市河道水質結果分析

從表1中可以看出，大凌河道各取樣點不同指標在不同季節的變化情況。春季、夏季、秋季、冬季的氨氮變化范圍分別為4.17～12.2mg/L、4.8～13.6mg/L、4.7～14mg/L、5.6～14.1mg/L，平均值分別為7.58mg/L、9.54mg/L、8.95mg/L、9.06mg/L。數據結果顯示，夏、冬季節河道中氨氮平均值較高，春季較低，這是由于夏季溫度較高，排泄物、生物軀體的腐敗速度加快，河道中有機物含量增加；冬季河道處于封閉狀態，氨氮不易揮發，造成氨氮增加；春節前后工廠停工，排污少，隨后雨水增加，稀釋河水使氨氮數值降低。河道pH春季最高，秋季最低；堿度秋季最高，春季最低；DO秋季最高，春季最低；CODMn秋季最高，春季最低；TP秋季最高，夏季最低。通過相關性分析可知，氨氮變化與DO、pH變化呈現顯著負相關，與CODMn、TP、水溫相關性不顯著。

2 投加堿度對治理城市河道氨氮的影響

由于氨氮的變化與pH的變化呈現顯著負相關，所以為降低河道氨氮含量可以通過向河道中投入堿度[6-7]。河道中投入堿度不僅可以維持硝化反應的適宜pH，還可以中和硝化反應產生的酸。試驗取樣地點為3號漫水橋，取a，b，c，d桶水樣，每桶5L，均加入NH2CO3標準溶液，使氨氮含量提升到15mg/L，其中a桶為空白對照，b桶加入80.2mL NH2CO3，堿度為160mg/L，c桶加入141.5mL NH2CO3，堿度為225mg/L，d桶加入231.1mL NH2CO3，堿度為320mg/L，其余處理均一致，在12h、24h、36h檢測氨氮、pH、DO、堿度、CODMn、TN、TP、水溫等指標。

表1 城市河道春夏秋冬檢測結果

表2 投加堿度對不同指標的影響

從表2可知，在0～12h階段，不同投加堿度對pH影響并不明顯，下降最大的a桶僅為0.04，原因可能是因為水中微生物仍在進行亞硝化反應，促使氨氧化反應繼續進行。在12～24h階段，a，b，c，d桶的pH均略有下降，a桶下降顯著，其他下降不明顯，其原因是a桶未加入堿度，碳酸鹽類的緩沖作用強度較弱。在24～36h階段，a桶pH下降顯著，幅度為14.6%，原因是水樣曝氣時間過長，碳酸氫根離子減少使pH值降低，亞硝化細菌活性降低，導致氨氮含量減少。堿度下降趨勢與pH相似，在24～36h階段下降率最高，為53.3%。隨著堿度的增加，CODMn去除率升高，說明堿度與CODMn呈現明顯的負相關性；TN、TP下降率呈現升高趨勢，說明投放堿度能夠更好地增加生物除磷效果。

表3 24h、48h、72h正交實驗表

3 城市河道去除氨氮影響因子分析

根據以上試驗指標中與相關度較高的指標(氨氮、堿度、CODMn、TP)進行正交試驗，分析各指標最佳的配比，選擇最高氨氮去除率方案。均值代表試驗結果中各水平的差異，同一因素，不同水平下的均值越大，效果越好，均值越小則越差[8]；極差代表因素表明對試驗結果影響的大小，極差越大，說明此因素對試驗結果影響越大，反之越小[9-10]。從表3中可以看出，24h正交實驗得出數據分析可知，試驗因素的主次影響關系為：堿度>TP>CODMn>氨氮。氨氮去除率越高，即選擇因素的最佳水平，實驗最佳條件為：堿度=200mg/L、CODMn=9mg/L、TP=0.3mg/L、氨氮=6mg/L。48h正交實驗分析可知，試驗因素的主次影響關系為：堿度>TP>氨氮>CODMn，實驗最佳條件為：堿度=200mg/L、CODMn=9mg/L、TP=0.3mg/L、氨氮=6mg/L。72h正交實驗分析可知，試驗因素的主次影響關系為：堿度>TP>氨氮>CODMn，實驗最佳條件為：堿度=160mg/L、CODMn=7mg/L、TP=0.3mg/L、氨氮=6mg/L。對正交實驗的結果進行方差分析，0～24h階段堿度對氨氮去除率影響顯著且與極差分析結果一致；24～48h階段堿度和TP對氨氮去除率影響顯著且與極差分析結果一致；48～72h階段堿度對氨氮去除率影響顯著且與極差分析結果一致。

4 投加堿度對不同河道氨氮指標的影響

向1號漫水橋、2號漫水橋、3號漫水橋、4號漫水橋、5號漫水橋所在河道投加堿度，觀察5條河道水樣投加堿度后0h、24h、48h、72h的氨氮值，具體見表4。從表4中可以看出，投加堿度72h后1號漫水橋的水質達到I類標準，而空白水質為III類；2號漫水橋的水質為II類，空白水質為III類；3號漫水橋的水質為I類，空白水質為III類；4號漫水橋的水質為II類，空白水質為IV類；5號漫水橋的水質為II類，空白水質為IV類。由此可知，投加堿度后72h，5條河道中有2條河道水質達到I類，占40%；其余3條河道水質達到II類，占60%。

表4 不同河道投加堿度后氨氮值變化

從圖1中可以看出，5條河道投加堿度后的氨氮去除率均高于空白對照，1號漫水橋所在河道的氨氮去除率差異最大，5號漫水橋差異最小。根據表4，72h水質狀況達到I類以及氨氮去除率最高可以判斷出，投加堿度效果最好的河段為3號漫水橋所在河道。

圖1 不同河道氨氮去除率

5 結論

對大凌河各河道的水質不同指標進行分析可知，各河道污染狀況最好的是春季，其他季節污染程度較為接近且變化程度不明顯。其中，春季氨氮平均值為7.58mg/L；pH春季最高，秋季最低；且堿度春季最低，秋季最高。通過投加堿度可以改變水中pH值，可以維持硝化細菌、亞硝化細菌正常的生化反應，降低水中氨氮含量。正交實驗表明，堿度為200mg/L，CODMn為9mg/L，TP為0.3mg/L，氨氮為6mg/L時，堿度對氨氮去除率影響最為明顯。綜上所述，投加碳酸鈉堿度的方法可以去除河道中的氨氮含量。