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【摘 要】水体富营养化是水体污染的一种表现形式,其发生原因是水体中氮磷等营养元素含量过多,会引起水质恶化、水体功能降低以及水生生物死亡等严重后果,甚至会对人体健康与生存造成威胁。本文就对水体富营养化进行概述,并探讨了污水脱氮除磷技术,以有效抑制水体富营养化趋势,保护水资源环境。
【关键词】水体富营养化;污水脱氮除磷技术;探讨
近些年来,随着我国城市化进程的不断加快,城市人口数量持续增加,城市污水总量也日益增多。在城市污水当中,人们排放的生活污水和工业废水中都含量大量的氮磷等营养物质,在水体中不断堆积,直到超出水体本身的自净能力,就会造成水体的富营养化,引起一系列的危害。因此,加强对水体富营养化的研究,采取合适的污水脱氮除磷技术,预防水体富营养发生,有着重要的现实意义。
一、水体富营养化的概述
(一)水体富营养化的概念
水体富营养化是指人们生产活动所排出的污水当中,含有大量生物成长所需的氮磷等物质,这些物质随污水进入到河流、湖泊和海湾之后,由于营养物质充足,会造成藻类及浮游生物大量繁殖,降低水体的溶解氧气含量,引起水质恶化,造成大量鱼类死亡。
(二)水体富营养化的成因
水体富营养化的直接原因就是水体中氮、磷等营养物质含量过多造成的,从氮、磷营养物质的来源来看,主要由城市生活污水、农业废弃水本身含有的,以及农田施肥后雨水冲刷带走的。通常来说,水体富营养化的氮、磷指标分别为0.3mg/L和0.02mg/L[1]。
(三)水体富营养化的危害
在发生水体富营养化后,藻类、其它浮游生物会在短时间内大量繁殖,遍布在水面上,呈现出浮游生物的颜色,比如湖泊中的“水化”、“湖靛”和海洋“赤潮”等,都是水体富营养的常见现象。
水体富营养的危害是多面性的,具体包括:一是水质恶化,在水体富营养化,藻类生长周期会缩短,藻类与浮游生物死亡后的分解过程中,水中溶解氧会被大量消耗,并产生硫化氢气体,降低水体溶解氧含量,发出臭味,造成水质恶化。
二是水体生态环境被破坏,在水体富营养化后,氮磷物质的充足会促进藻类植物的繁殖,其它鱼类等得不到足够的氧气,会出现大面积死亡,同时,氮磷含量超出了水体自净能力极限,难以在短时间内恢复正常,水体生态环境受到严重破坏。
三是产生有毒物质,在一些富营养严重的水体中,会含有亚硝酸盐和硝酸盐等有毒物质,加上藻类排放的藻毒素等物质,会增加水体有毒物质浓度,危及人类的健康与安全。
二、污水脱氮除磷技术的探讨
(一)生物脱氮技术
在传统的生物脱氮技术中,其原理是通过异养菌的氨化作用,将污水中的含氮有机物转变为氨氮,然后在硝化细菌的硝化作用下,氨氮又会被转变成亚硝酸盐和硝酸盐,最后通过反硝化作用,将其还原成为NO、N2O和氨气,完成脱氮脱氮过程。
传统生物脱氮工艺使用的是三级活性污泥法,在工艺流程中,设计有曝气池、硝化池、多个沉淀池以及反硝化反应器等,各种处理需要的菌类都单独存在于各自的反应器中,具有处理效率快、处理效果较为彻底的优点,但需要多种设备,造价高、管理困难。
在近些年来,围绕生物脱氮,为缩短脱氮转换过程,有许多新脱氮技术出现,主要有以下三种:
一是短程硝化反硝化技术。此种技术是在1975年由Voets提出的,其基础是硝化反应过程中会有亚硝态氮积累,通过在同一反应器内一直硝化菌生长,将亚硝化菌变为优势菌种,亚硝化菌可以分别在有氧和缺氧条件下,完成氨氧化为亚硝酸盐和亚硝酸盐反硝化生成氨气的过程。此技术的关键在于短程硝化,也就是在好氧条件下积累大量NO2-。
二是同步硝化反硝化技术。此技术是指在同一反应器中,同时进行硝化和反硝化反应过程,不需要区分好氧或缺氧条件,完成总氮去除的一种技术。在同步硝化反硝化过程中,硝化反应得到的NO3-直接被应用于反硝化反应当中,反硝化反应的碱度可以对硝化反应耗碱进行补偿,使反应器中酸碱保持在相对稳定状态。当同步硝化反硝化过程中的两个反应达到动态平衡状态时,污水脱氮效率达到最高,水处理成本会有效降低[2]。
三是厌氧氨氧化技术。此技术是以厌氧作为基础条件,微生物分别将氨态氮和亚硝态氮作为电子的供体和受体,完成氨态氮、亚硝态氮向氨气转变的过程,是一种生物氧化技术。此技术具有无需外加碳源、酸碱中和剂和供氧的优势,可以降低能耗,避免二次污染,运行成本较低,具有很高的利用价值。以此技术为基础,开发出的生物脱氮新工艺有CANON工艺、SHARON-ANNMMOX工艺以及OLAND工艺等。
(二)生物除磷技术
生物除磷技术主要有传统生物除磷和反硝化生物除磷两种,其中,传统生物除磷技术是在厌氧环境中,通过聚磷菌对糖原进行消耗,迫使胞内聚合磷发生水解,产生正磷酸盐并向胞外释放,然后被胞外环境中的挥发性脂肪酸、醋酸盐等吸收,形成生物聚合物(PHB),被细胞贮存起来。然后,厌氧环境时,合成PHB的过程会同时发生正磷酸盐的释放,好氧环境下,PHB会在磷酸菌作用下氧化,形成聚磷酸高能键,并被贮存起来。传统生物除磷常用的技术有A/O法、氧化沟法以及SBR法等。
反硝化生物除磷技术的原理基本类似于传统除磷,不同点在于使用的优势菌种是反硝化除磷菌,此菌可以将NO3-作为电子受体,完成吸磷过程,形成聚合磷酸盐,被细胞贮存起来,NO3-被同时还原呈氮气。反硝化生物除磷常用的技术有BCFS工艺、A2N/SBR工艺等,其优点主要是解决脱氮、除磷存在的矛盾,可以实现脱氮、除磷的同步进行。
(三)其它除磷技术
其它除磷技术主要是以化学反应为基础,并综合其它工艺,得到一些起到除磷作用的工艺。其中,化学除磷技术主要有离子交换、结晶、吸附和化学凝聚沉淀法,结晶法应用作为广泛,具有效率高、无二次污染、磷资源回收利用等优势,主要应用于高含量的磷酸盐污水中。
其它除磷的组合工艺还有人工湿地除磷、超声波强化生物除磷以及生物化学除磷等。
(四)同步脱氮除磷技术
同步脱氮除磷技术是以生物脱氮、除磷为基础发展形成的工艺,常见的有A2/O法、倒置A2/O法和巴颠甫以及生物转盘同步脱氮除磷技术等。其中,应用最为广泛的是A2/O法同步脱氮除磷工艺,其是以An-O脱氮为基础,是一种最为简单的同步脱氮除磷技术,在整个脱氮除磷过程中,水体停留时间比其它工艺都短,污泥膨胀问题不容易发生,SVI值通常不超过100,处理得到的污泥中含有高浓度磷,可以作为磷肥回收利用,且不需外加药物,只需要在两个A段轻缓搅拌即可,处理成本较低[3]。
在氮磷的同步去除工艺中,由于硝化、反硝化、释磷和吸磷生化反应环节较多,各个环节对环境、微生物和基质的需求各不相同,在同步脱氮除磷过程中,经常会发生反应过程的冲突,增加同步脱氮除磷的难度。因此,在生物同步脱氮除磷中,最关键的就是为微生物提供合适环境,并避免彼此的冲突和竞争,发挥最大的脱氮除磷作用,实现高效率的脱氮除磷目标。
结语:
综上所述,在近些年来,水体富营养化情况越来越加严重,是一个世界性难题,得到各个国家的广泛重视。水体富营养化的主要营养物质是氮、磷,加强对脱氮除磷技术的研究,开发高效率的脱氮除磷工艺,对水体富营养化问题的解决和预防有着重要意义。
参考文献:
[1]刘静宇,夏宏彩.水体富营养化及污水脱氮除磷技术分析[J].技术与市场,2015,08:216.
[2]王亚宜.浅议水体富营养化及污水生物脱氮除磷技术原理[J].世界科学,2012,05:46-48.
[3]崔晨,王伯铎,张秋菊,郭娜.污水生物脱氮除磷新工艺的研究[J].地下水,2011,02:59-62.
【摘 要】水体富营养化是水体污染的一种表现形式,其发生原因是水体中氮磷等营养元素含量过多,会引起水质恶化、水体功能降低以及水生生物死亡等严重后果,甚至会对人体健康与生存造成威胁。本文就对水体富营养化进行概述,并探讨了污水脱氮除磷技术,以有效抑制水体富营养化趋势,保护水资源环境。
【关键词】水体富营养化;污水脱氮除磷技术;探讨
近些年来,随着我国城市化进程的不断加快,城市人口数量持续增加,城市污水总量也日益增多。在城市污水当中,人们排放的生活污水和工业废水中都含量大量的氮磷等营养物质,在水体中不断堆积,直到超出水体本身的自净能力,就会造成水体的富营养化,引起一系列的危害。因此,加强对水体富营养化的研究,采取合适的污水脱氮除磷技术,预防水体富营养发生,有着重要的现实意义。
一、水体富营养化的概述
(一)水体富营养化的概念
水体富营养化是指人们生产活动所排出的污水当中,含有大量生物成长所需的氮磷等物质,这些物质随污水进入到河流、湖泊和海湾之后,由于营养物质充足,会造成藻类及浮游生物大量繁殖,降低水体的溶解氧气含量,引起水质恶化,造成大量鱼类死亡。
(二)水体富营养化的成因
水体富营养化的直接原因就是水体中氮、磷等营养物质含量过多造成的,从氮、磷营养物质的来源来看,主要由城市生活污水、农业废弃水本身含有的,以及农田施肥后雨水冲刷带走的。通常来说,水体富营养化的氮、磷指标分别为0.3mg/L和0.02mg/L[1]。
(三)水体富营养化的危害
在发生水体富营养化后,藻类、其它浮游生物会在短时间内大量繁殖,遍布在水面上,呈现出浮游生物的颜色,比如湖泊中的“水化”、“湖靛”和海洋“赤潮”等,都是水体富营养的常见现象。
水体富营养的危害是多面性的,具体包括:一是水质恶化,在水体富营养化,藻类生长周期会缩短,藻类与浮游生物死亡后的分解过程中,水中溶解氧会被大量消耗,并产生硫化氢气体,降低水体溶解氧含量,发出臭味,造成水质恶化。
二是水体生态环境被破坏,在水体富营养化后,氮磷物质的充足会促进藻类植物的繁殖,其它鱼类等得不到足够的氧气,会出现大面积死亡,同时,氮磷含量超出了水体自净能力极限,难以在短时间内恢复正常,水体生态环境受到严重破坏。
三是产生有毒物质,在一些富营养严重的水体中,会含有亚硝酸盐和硝酸盐等有毒物质,加上藻类排放的藻毒素等物质,会增加水体有毒物质浓度,危及人类的健康与安全。
二、污水脱氮除磷技术的探讨
(一)生物脱氮技术
在传统的生物脱氮技术中,其原理是通过异养菌的氨化作用,将污水中的含氮有机物转变为氨氮,然后在硝化细菌的硝化作用下,氨氮又会被转变成亚硝酸盐和硝酸盐,最后通过反硝化作用,将其还原成为NO、N2O和氨气,完成脱氮脱氮过程。
传统生物脱氮工艺使用的是三级活性污泥法,在工艺流程中,设计有曝气池、硝化池、多个沉淀池以及反硝化反应器等,各种处理需要的菌类都单独存在于各自的反应器中,具有处理效率快、处理效果较为彻底的优点,但需要多种设备,造价高、管理困难。
在近些年来,围绕生物脱氮,为缩短脱氮转换过程,有许多新脱氮技术出现,主要有以下三种:
一是短程硝化反硝化技术。此种技术是在1975年由Voets提出的,其基础是硝化反应过程中会有亚硝态氮积累,通过在同一反应器内一直硝化菌生长,将亚硝化菌变为优势菌种,亚硝化菌可以分别在有氧和缺氧条件下,完成氨氧化为亚硝酸盐和亚硝酸盐反硝化生成氨气的过程。此技术的关键在于短程硝化,也就是在好氧条件下积累大量NO2-。
二是同步硝化反硝化技术。此技术是指在同一反应器中,同时进行硝化和反硝化反应过程,不需要区分好氧或缺氧条件,完成总氮去除的一种技术。在同步硝化反硝化过程中,硝化反应得到的NO3-直接被应用于反硝化反应当中,反硝化反应的碱度可以对硝化反应耗碱进行补偿,使反应器中酸碱保持在相对稳定状态。当同步硝化反硝化过程中的两个反应达到动态平衡状态时,污水脱氮效率达到最高,水处理成本会有效降低[2]。
三是厌氧氨氧化技术。此技术是以厌氧作为基础条件,微生物分别将氨态氮和亚硝态氮作为电子的供体和受体,完成氨态氮、亚硝态氮向氨气转变的过程,是一种生物氧化技术。此技术具有无需外加碳源、酸碱中和剂和供氧的优势,可以降低能耗,避免二次污染,运行成本较低,具有很高的利用价值。以此技术为基础,开发出的生物脱氮新工艺有CANON工艺、SHARON-ANNMMOX工艺以及OLAND工艺等。
(二)生物除磷技术
生物除磷技术主要有传统生物除磷和反硝化生物除磷两种,其中,传统生物除磷技术是在厌氧环境中,通过聚磷菌对糖原进行消耗,迫使胞内聚合磷发生水解,产生正磷酸盐并向胞外释放,然后被胞外环境中的挥发性脂肪酸、醋酸盐等吸收,形成生物聚合物(PHB),被细胞贮存起来。然后,厌氧环境时,合成PHB的过程会同时发生正磷酸盐的释放,好氧环境下,PHB会在磷酸菌作用下氧化,形成聚磷酸高能键,并被贮存起来。传统生物除磷常用的技术有A/O法、氧化沟法以及SBR法等。
反硝化生物除磷技术的原理基本类似于传统除磷,不同点在于使用的优势菌种是反硝化除磷菌,此菌可以将NO3-作为电子受体,完成吸磷过程,形成聚合磷酸盐,被细胞贮存起来,NO3-被同时还原呈氮气。反硝化生物除磷常用的技术有BCFS工艺、A2N/SBR工艺等,其优点主要是解决脱氮、除磷存在的矛盾,可以实现脱氮、除磷的同步进行。
(三)其它除磷技术
其它除磷技术主要是以化学反应为基础,并综合其它工艺,得到一些起到除磷作用的工艺。其中,化学除磷技术主要有离子交换、结晶、吸附和化学凝聚沉淀法,结晶法应用作为广泛,具有效率高、无二次污染、磷资源回收利用等优势,主要应用于高含量的磷酸盐污水中。
其它除磷的组合工艺还有人工湿地除磷、超声波强化生物除磷以及生物化学除磷等。
(四)同步脱氮除磷技术
同步脱氮除磷技术是以生物脱氮、除磷为基础发展形成的工艺,常见的有A2/O法、倒置A2/O法和巴颠甫以及生物转盘同步脱氮除磷技术等。其中,应用最为广泛的是A2/O法同步脱氮除磷工艺,其是以An-O脱氮为基础,是一种最为简单的同步脱氮除磷技术,在整个脱氮除磷过程中,水体停留时间比其它工艺都短,污泥膨胀问题不容易发生,SVI值通常不超过100,处理得到的污泥中含有高浓度磷,可以作为磷肥回收利用,且不需外加药物,只需要在两个A段轻缓搅拌即可,处理成本较低[3]。
在氮磷的同步去除工艺中,由于硝化、反硝化、释磷和吸磷生化反应环节较多,各个环节对环境、微生物和基质的需求各不相同,在同步脱氮除磷过程中,经常会发生反应过程的冲突,增加同步脱氮除磷的难度。因此,在生物同步脱氮除磷中,最关键的就是为微生物提供合适环境,并避免彼此的冲突和竞争,发挥最大的脱氮除磷作用,实现高效率的脱氮除磷目标。
结语:
综上所述,在近些年来,水体富营养化情况越来越加严重,是一个世界性难题,得到各个国家的广泛重视。水体富营养化的主要营养物质是氮、磷,加强对脱氮除磷技术的研究,开发高效率的脱氮除磷工艺,对水体富营养化问题的解决和预防有着重要意义。
参考文献:
[1]刘静宇,夏宏彩.水体富营养化及污水脱氮除磷技术分析[J].技术与市场,2015,08:216.
[2]王亚宜.浅议水体富营养化及污水生物脱氮除磷技术原理[J].世界科学,2012,05:46-48.
[3]崔晨,王伯铎,张秋菊,郭娜.污水生物脱氮除磷新工艺的研究[J].地下水,2011,02:59-62.