飲用水中的硝酸鹽

美國環保局（EPA）乃至公眾擔心飲用水中的營養物質（例如含氮和磷的物質）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。對致力于滿足法規規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、發電廠、化學品廠的含氮化合物的濃度始終是個難題。當飲用水中的含氮量過高時，配水系統就會被富營養化，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。美國環保局規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。工農業生產的廢物和人類的排泄物排放到環境中，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節。

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。與常規過濾和泥漿脫硝相比，生物脫硝有諸多優點，例如生物脫硝可以在連續過程中進行，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化脫硝工藝。當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。

TOC分析法的優勢

生物脫硝的關鍵在于優化碳源的用量。世界衛生組織在關于去除硝酸鹽的文獻中說，“控制碳源用量對工藝操作至關重要，可以使用在線型分析儀來監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物質，例如分解硫酸鹽，產生硫化氫氣體，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），增加有機消毒副產物（DBP，Disinfection Byproduct）的前體。

TOC在線分析法能夠實時顯示用碳量和除氮量之間的關系變化和偏差。此分析法不僅可以保證水中的硝酸鹽和有機物含量降到Z低，還能節省操作設備所需的時間、資源、化學品、資金。連續監測法允許操作人員根據情況變化來及時調整工藝，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點。

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。用此方法來監測脫硝結果還有一大優點，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保局對TOC去除率、DBP監測、工藝優化的規定指標。隨著社會對經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，水處理廠有必要優化工藝，以便高效去除水中的營養物質和有機污染物。