氮磷污染危害及脫氮除磷基本概念

1、污水生物脫氮除磷技術(shù)1.1 氮磷污染物來源 點源污染：生活污水和工業(yè)廢水外源性負(fù)荷 面源污染: 主要來源農(nóng)業(yè)內(nèi)源性負(fù)荷：內(nèi)源性負(fù)荷是沉積物中氮和磷的 釋放、水生動植物新陳代謝分解 等。1.1.1生活污染源人類生活過程中產(chǎn)生的的污水，是水體的主要污染源之一。生活污水中含大量有機物如 纖維素、淀粉、糖類脂肪蛋白質(zhì)等；常含病原菌、病毒和寄生蟲卵；含無機鹽類氯化物、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸氫鹽和鈉、鉀、鈣、鎂等。據(jù)估算，我國人均體內(nèi)排出的磷為1.8g/d左右。生活污水中含有機氮和氨態(tài)氮，其來自于食物中蛋白質(zhì)代謝的廢棄物。一般每人產(chǎn)生11g/d氮態(tài)廢物。新鮮生活污水中有機氮約占40%，氨氮約占60%。1.1

2、.2工業(yè)污染源食品加工企業(yè)（乳制品行業(yè)）、化肥生產(chǎn)企業(yè)等工業(yè)廢水中含有大量較高濃度的氮。含磷工業(yè)主要是磷化工業(yè)，排放的污水中含有磷酸鹽、氟化物、二氧化硅等。1.1.3農(nóng)業(yè)面源面源性的農(nóng)業(yè)污染物，包括肥料、農(nóng)藥和動物糞便。肥料和農(nóng)藥通過雨水沖淋、農(nóng)業(yè)排水和地表徑流進入河道和水體，成為直接營養(yǎng)源。畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢料和水中野生動物的排泄物，氮磷含量相當(dāng)高，也會大量進入水體。1.1.4 沉積物中氮和磷的排放沉積物是湖泊的主要污染內(nèi)源，是污染物的蓄積庫。各途徑的營養(yǎng)鹽經(jīng)湖泊物理、化學(xué)、生物化學(xué)作用沉積湖底，成為湖泊營養(yǎng)鹽的內(nèi)負(fù)荷。在湖泊環(huán)境發(fā)生變化時（如入湖營養(yǎng)鹽負(fù)荷減少或完全截污后），沉積物中的營養(yǎng)鹽會逐

3、步釋放出來，補充湖水中的營養(yǎng)鹽。1.2 氮磷污染危害與水質(zhì)富營養(yǎng)化氮素物質(zhì)對水體環(huán)境和人類都具有很大的危害，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：氨氮會消耗水體中的溶解氧（氨化、硝化）含氮化合物對人和其它生物有毒害作用：a.氨氮對魚類有毒害作用b. NO 3-和NO 2-可被轉(zhuǎn)化為亞硝胺一種“三致”物質(zhì)加速水體的“富營養(yǎng)化”過程水體富營養(yǎng)化水體富營養(yǎng)化: 是指在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。 以武漢東湖為例，據(jù)中科院水生所、武漢大學(xué)生物系等單位調(diào)查，在60年代初，水體尚

4、未呈富營養(yǎng)狀態(tài)時，全湖的浮游生物、漂浮生物、挺水植物、沉水植物與底棲動物構(gòu)成良好的生物系統(tǒng)，具有一定群落規(guī)律。其水生維管束植物多達83種53屬29科，全湖植被覆蓋率達到83%。而現(xiàn)在，由于長期以來生活污水和工業(yè)廢水未經(jīng)有效處理，大量排放入湖中，東湖生態(tài)環(huán)境發(fā)生急劇變化，其植被覆蓋率由過去的83%下降至不足3%。水生植物種類減少到58種，群落結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，沉水植物比例下降，過去在全湖中占絕對優(yōu)勢的黃絲草幾乎絕跡，表征水質(zhì)富營養(yǎng)狀態(tài)的藍藻、綠藻數(shù)量上升成為優(yōu)勢種類。 六湖連通：將東湖、沙湖、北湖、楊春湖、嚴(yán)東湖、嚴(yán)西湖六個湖泊貫通，并與長江相連，實現(xiàn)引江濟湖、湖湖連通，從而改善武漢地區(qū)水域環(huán)境

5、 引江濟湖工程的目的是“換”，通過“換”，使得污染水源的各個污染指標(biāo)得到稀釋，從而增強污染水體的自凈能力，以達到對水質(zhì)的優(yōu)化。 類似有西湖調(diào)水工程、玄武湖調(diào)水工程等。1.3污水處理水質(zhì)目標(biāo)與國內(nèi)外污水氮磷去除標(biāo)準(zhǔn) 1.3.1污水處理水質(zhì)目標(biāo)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 1.城市污水處理的水質(zhì)對象與方法 主要對象： 、SS和氮磷營養(yǎng)物質(zhì) 方法： 機械法、化學(xué)法、生化法（污水處理工藝流程核心） 2.污水處理水質(zhì)目標(biāo)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)城市污水和污泥經(jīng)過有效處理之后，其排放、利用和處置的去向往往因地而異，因此必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w情況，依據(jù)國家和地方的有關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和接納水體的等級劃分（水質(zhì)目標(biāo)），合理確定城市污水處理廠的污水處理程

6、度和水質(zhì)指標(biāo)（1）城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）?；究刂祈椖孔罡咴试S排放濃度（日均值）如表1所示。表1基本控制項目最高允許排放濃度（日均值） 單位（mg/L)（2）地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）。表2 地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002)（摘錄）單位（mg/L）序號參數(shù) I類II類III類IV類 V類7 氨氮0.150. 51.01.52.08總磷0.02（湖、庫0.01）0.1（湖、庫0.025）0. 2（湖、庫0.05）0.3（湖、庫0.1）0.3（湖、庫0.1）9 總氮0.20.51.01.52.01. I類 主要適用于源頭水、國家自然保

7、護區(qū)。 2. II類 主要適用于集中式生活飲用水水源地一級保護區(qū)、珍貴魚類保護區(qū)、魚蝦產(chǎn)卵場等。3. III類 主要適用于集中式生活飲用水水源地二級保護區(qū)、一般魚類保護區(qū)及游泳區(qū)。4. IV類 主要適用于一般工業(yè)水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū)。 5. V類 主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。（3）海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB3097-1997）目前污水排海工程按該標(biāo)準(zhǔn)控制達標(biāo)，經(jīng)環(huán)境容量預(yù)測確定污水處理廠的出水水質(zhì)或排放總量。表3 海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB3097-1997）（摘錄）單位：mg/L 序號項目名稱第一類第二類第三類第四類12無機氮(以N計）0.200.300.400.5013非離子氨（以

8、N計） 0.02014活性磷酸鹽（以P計）0.0150.0300.0451. 第一類適用于海洋漁業(yè)水域，海上自然保護區(qū)和珍稀瀕危海洋生物保護區(qū)。2. 第二類適用于水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)，海水浴場，人體直接接觸海水的海上運動或娛樂區(qū)，以及與人類食用直接有關(guān)的工業(yè)用水區(qū)。3. 第三類 適用于一般工業(yè)用水區(qū)，濱海風(fēng)景旅游區(qū)。4. 第四類適用于海洋港口水域，海洋開發(fā)作業(yè)區(qū)。（4）城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T18920-2002）。該標(biāo)準(zhǔn)是城市污水再生后回用于生活雜用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。 （5）農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB 5084-2005）。當(dāng)出水用于農(nóng)灌時應(yīng)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。（6）農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)（G

9、B4284-84）。該標(biāo)準(zhǔn)適用于城市污水處理廠污泥用于農(nóng)田時的控制標(biāo)準(zhǔn)。1.3.2國內(nèi)外污水氮磷去除 1.我國污水氮磷去除指標(biāo)值 氮磷指標(biāo)值值變化如表4所示。表4 氮磷指標(biāo)值變化 單位 (mg/L) 標(biāo)準(zhǔn)變化 NH3-N TP TNGB8978-1996 二級 25 1.0 一級 15 0.5GB18918-2002 一級B 8（15） 1.0 20 一級A 5（8） 0.5 15二級 25（30） 3 5 未來 1 0.1 5括號外數(shù)值為水溫12 的標(biāo)準(zhǔn)，括號內(nèi)為水溫12 的標(biāo)準(zhǔn) 2.國外污水氮磷去除指標(biāo)值美國制定了污水處理廠污染物排放的基本標(biāo)準(zhǔn)，即“雙30標(biāo)準(zhǔn)”：BOD、SS排放指標(biāo)均為3

10、0mg/L。在Lake Tahoe（太浩湖）、Great Lakes（北美五大湖）、The Occoquan Reservoir and the Chesapeake Bay、Northern Gulf of Mexico四個流域或地區(qū)執(zhí)行非常嚴(yán)格的氮磷排放標(biāo)準(zhǔn)：TN 低于3mg/L 或5mg/L，TP 低于0.1mg/L 或0.2mg/L。澳大利亞的氮污染物排放標(biāo)準(zhǔn)也分為國家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)，如國家排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：出水TN10mg/L的概率至少保證90%；同時出水TN5mg/L的概率至少保證50%。某地方排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：出水TN5mg/L的概率至少保證90%；同時出水TN100000德國18702

11、100001000001100000法國1570280100001000001070190100000英國同歐盟100001000001000001.4 污水脫氮除磷厭氧、缺氧、好氧基 本概念辨析 由于生物脫氮、除磷的需要，在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上，將厭氧狀態(tài)組合到活性污泥中，因此在生物反應(yīng)器中就產(chǎn)生了厭氧、缺氧、好氧的分區(qū)狀態(tài)；或者是在同一生化反應(yīng)器中反復(fù)周期地實現(xiàn)厭氧、缺氧、好氧狀態(tài)。 污水中的厭氧、缺氧、好氧狀態(tài)不僅體現(xiàn)在溶解氧的變化上，也體現(xiàn)在參與反應(yīng)的微生物、呼吸類型、最終電子受體等方面。1.4.1 厭氧 厭氧一般是指混合液不存在溶解氧（或溶解氧濃度極低），且其中也沒有硝酸鹽存在的狀

12、態(tài)，主要以低分子有機物、CO2，以及一些高能化合物為電子受體。 此時混合液中的溶解性和顆粒性有機物將發(fā)生水解酸化反應(yīng)。根據(jù)其中的溶解氧濃度，厭氧過程又分為完全厭氧（甲烷化）、兼性厭氧（水解酸化）和暫時厭氧。1.4.2 缺氧 缺氧狀態(tài)下混合液中不存在溶解氧（或溶解氧濃度極低），而存在大量的硝酸鹽氮。 此時由于混合液中的溶解氧濃度極低，不足以供給氧化還原反應(yīng)的電子受體，因此該過程中主要以硝酸鹽作為電子受體，在此過程中主要發(fā)生有機物的降解反應(yīng)以及反硝化反應(yīng)。1.4.3 好氧 好氧狀態(tài)是指污水中存在溶解氧的狀態(tài)（一般指溶解氧濃度1mg/L）。此時混合液中的電子受體主要為溶解氧，在溶解氧不足的情況下，混

13、合液中的部分硝酸鹽也會作為電子受休。 好氧環(huán)境下主要發(fā)生有機物的降解、有機氮的氨化、氨氮的氧化以及同步硝化反硝化反應(yīng)。簡單的說： 混合液中既不存在溶解氧，又不存在硝酸鹽的狀態(tài)為厭氧狀態(tài)； 存在硝酸鹽但不存在溶解氧的狀態(tài)為缺氧狀態(tài)； 混合液中溶解氧作為主要電子受體的狀態(tài)為好氧狀態(tài)。 隨著污水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，厭氧、缺氧、好氧等污水處理技術(shù)術(shù)語的含義在不同的污水、污泥處理工藝操作中也不斷的發(fā)展并發(fā)生深刻變化，使其具有不同的內(nèi)在涵義和不斷擴展的外延。 為了較好的解決這一問題，下面從參與反應(yīng)的微生物、呼吸類型、最終電子受體、主要代謝反應(yīng)、典型工藝操作及其組合等方面對這些術(shù)語進行綜合分析和匯總說明。見

14、下表：狀態(tài)劃分呼吸類型主要最終電子受體參與活動的主要微生物主要生物反應(yīng)典型最終產(chǎn)物典型工藝厭氧1、完全厭氧（甲烷化）厭氧低分子有機物CO2專性、兼性厭氧菌顆粒性及溶解性有機物水解酸化并甲烷化CH4、CO2、H2S、H2、菌體污泥厭氧消化等固體停留時間較長的純厭氧工藝，以有機物的去除和穩(wěn)定化為目的2、兼性厭氧（水解酸化）厭氧低分子有機物兼性、專性厭氧菌顆粒性及溶解性有機物水解酸化CO2、有機酸、菌體、CH4污水厭氧水解等固體停留時間較短的純厭氧工藝，以提高或改善有機物去除效果為目的3、暫時厭氧厭氧PHB等有機聚合物兼性、專性好氧菌溶解性有機物酸化，聚磷菌吸收有機酸并釋磷，PHB合成有機酸、CO2污水生物除磷或厭氧選擇器缺氧厭氧硝態(tài)氮兼性菌、專性好氧菌有機物降解，反硝化CO2、