（化工过程机械专业论文）改良型a2o工艺脱氮除磷效果及其影响因素研究.pdf

l， i 1 - j ad i s s e r t a t i o ni nc h e m i c a lp r o c e s se q u i p m e n t s t u d y o nn i t r o g e na n d p h o s p h o r u s r e m o v a le f f e c t sa sw e l la si t sa f f e c t i n g f a c t o r s ， o fm s u p e r v i s o r n 广 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示 谢意。 学位论文作者签名：庞锋 日期：彻o 君z 访 学位论文版权使用授权书 ， 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在卜方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： - 东北大学硕士学位论文 摘要 改良型a 2 o 工艺脱氮除磷效果及其影响因素研究 摘要 随着水体“富营养化”问题的同益突出，污水排放标准的不断紧缩，污水处理技术 逐渐从单一去除有机物为目的的阶段进入既要去除有机物又要脱氮除磷的深度处理阶 段，以控制富营养化为目的的脱氮除磷已成为当今污水处理领域的研究热点之一。 a 2 o 工艺由于具有构造简单、总水力停留时间短、运行费用低、控制复杂性小、 不易产生污泥膨胀等优点，被广泛应用在我国现有的需脱氮除磷的城市污水处理厂中。 但传统的a 2 o 生物脱氮除磷工艺存在诸多问题，如由于反硝化菌和聚磷菌在碳源上存 在竞争，难以同时高效脱氮除磷；其次为达到较好脱氮效果，需要较大的内回流比而导 致运行费用较高。针对这些问题，提出了改良型a 2 o 工艺，它采用了回流污泥预缺氧 反硝化技术，以提高系统的脱氮除磷效果，同时降低运行费用。 本课题以人工模拟生活污水为处理对象，结合连续流模型试验，全面系统地考察了 改良型a 2 o 系统对污水中有机物、氮和磷的去除效果。在系统稳定运行基础上，探讨 了m l s s 、s r t 、d o 、有机负荷率、硝态氮浓度等因素对改良型a 2 o 系统氮磷去除效 果的影响；分析了系统内聚磷污泥的特性，采用p c r d g g e 法分析了改良型a z o 系统 微生物种群结构的特点及演变。 在控制好各种运行条件的情况下，改良型a 2 o 系统长期的运行结果表明，系统对 c o d 、t n 和t p 的平均去除率可分别达到9 3 7 ，8 4 1 和9 3 2 。出水水质平均值 c o d 为2 6m g l ，n h 4 + n 为o 2 7m g l ，t n 为5 2 4 3m g l ，t p 为0 9 5 8m g l 。出水指 标达到国家污水综合排放标准( g b l 8 9 1 7 2 0 0 2 ) - 级排放标准。 改良型a 2 o 系统长期的运行结果表明，系统厌氧池、缺氧池和好氧池中的m l s s 维持在3 0 0 0m g l 以上且比较接近时，系统的脱氮除磷效果较好。系统m l s s 的变化对 脱氮除磷的效果影响较大，应尽量保持系统m l s s 稳定。将改良型a 2 o 系统p a o 污泥 的s r t 分别设为8d 、1 0d 、1 2d 、1 5d ，考察四种s r t 条件下系统的脱氮除磷效果， 发现改良型a 2 o 系统合适的s r t 为1 0 1 2d 。考察系统在不同d o 浓度下的脱氮除磷 效果，发现d o 对c o d 去除效果影u l 匈很小，d o 越高氨氮去除效果越好，但对总氮的去 除效果肯所降低。d o 控制在2 o 3 0m g l 时系统除磷效果达到或接近最佳。 通过静念试验发现系统厌氧释磷临界有机负荷率为o 1 2 0 ( g ，c o d ) ( g ，m l s s ) 。硝酸 盐对厌氧释磷的抑制作用较为明显，厌氧释磷过程发生在反l i f i j 化过程结束后。有机物仞 始浓度越商反硝化速率越快，所需时问越短。 试验期l 口j 系统s v i 处于1 0 5 1 9 4m l g 之问。厌氧段、缺氰段、好氧段的、 均含磷 率分别为3 6 8 、4 1 6 和4 7 0 。 i i 东北大学硕士学位论文 摘要 采用p c r - d g g e 法对改良型a 2 o 系统启动和稳定运行阶段厌氧区和好氧区的种群 结构进行分析，结果表明：系统启动阶段种群结构变化较大，稳定运行时期种群结构总 体保持稳定。系统厌氧区与好氧区微生物种群结构有着较高的相似性，厌氧区比好氧区 优势种群的种类更多。 关键词：改良型m o 工艺；脱氮除磷；聚磷菌( p a o ) ；影响因素 - 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t s t u d yo nn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s r e m o v a le f f e c t sa sw e l la si t sa f f e c t i n gf a c t o r s o fm o d i f i e da 2 op r o c e s s a bs t r a c t t h es t a n d a r do fw a s t e w a t e rd i s c h a r g ew a sc o n t r o l l e dm o r es t r i c t l yw i t ht h es e v e r e e u t r o p h i c a t i o nq u e s t i o no c c u r r e d t h e r e f o r e ，t h ew a s t e w a t e rt e c h n i q u e sd e v e l o p e dg r a d u a l l y f r o mt h ep e r i o do fp u r ec o dr e m o v a lt ot h ep e r i o do fs i m u l t a n e o u sc o d ，n i t r o g e na n d p h o s p h o r u sr e m o v a l t o d a y , t h en i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a lt e c h n o l o g ya i m e df o r e u t r o p h i c a t i o nc o n t r o lh a sb e e nt h ef o c u s e ds t u d yi nt h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n t a r e a b e c a u s eo fm a n ya d v a n t a g e sl i k es i m p l es t r u c t u r e ，s h o r tt o t a lh r t , c o s te f f i c i e n t ，e a s y c o n t r o l ，a n ds oo n ，舭a 2 op r o c e s sh a sb e e nw i l d l yu s e di nt h em u n i c i p a lw a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n tf o rp h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nr e m o v a lp u r p o s e b u tm a n yp r o b l e m se x i s ti nt h e t r a d i t i o n a la 2 o p r o c e s st h a t c a nr e m o v ep h o s p h o r u sa n dn i t r o g e ns i m u l t a n e o u s l yb y b i o l o g i c a lm e t h o d ，f o ri n s t a n c e ：f i r s t l y , p a oa n dd e n i t r i f y i n gb a c t e r i ar i v a lf o rl i m i t e dc a r b o n s o u r c e ，w h i c hr e s u l t si nt h a th i g hr e m o v a lf o rp h o s p h o r u sa n dn i t r o g e ns i m u l t a n e o u s l yi s h a r d l yr e a l i z e di nt h ep r o c e s s ；s e c o n d l y , t oo b t a i nah i g hr e m o v a le f f e c tf o rn i t r o g e n ，i tn e e d s ah i g hi n t e r n a lr e t u r ns l u d g er a t i o ，w h i c hl e a d st oh i g ho p e r a t i o nc o s t a sf o rt h ea b o v e m e n t i o n e dp r o b l e m s ，w eb r i n gf o r w a r dt om o d i f i e da 2 op r o c e s s ，w h i c hu s e st h ed i s t r i b u l a r y t e c h n o l o g yo fc a r b o ns o u r c ef r o mt h ea n a e r o b i cp h a s ea n dp r e - a n o x i cd e n i t r i f y i n gt e c h n o l o g y o fr e c y c l e ds l u d g et oe n h a n c et h en u t r i m e n tr e m o v a la n dr e d u c et h er u ne x p e n s e t h ec o n t i n u o u sm o d e ld y n a m i ce x p e r i m e n to p e r a t e dw i t ha r t i f i c i a lm u n i c i p a lw a s t e w a t e r w a sc a y y i e do u ti nt h ee x p e r i m e n t o r g a n i c 、n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a le f f i c i e n c yi n t h es y s t e mw a ss t u d i e d f u r t h e r m o r e ，e f f e c to fm l s s ，s r t , d o 、o r g a n i cl o a dr a t i o 、n i t r a t e n i t r o g e no np h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nr e m o v a li nt h em o d i f i e da 2 os y s t e mw a sd i s c u s s e d t h ec h a r a c t e r i s t i co fp a os l u d g ew a sa n a l y z e d ，a l s o t h ep c r - d g g et e c h n o l o g yw a s a p p l i e df o rt h es t u d yo fp o p u l a t i v es t r u c t u r eo ft h em i c r o b ei nt h es y s t e m t h ec h a r a c t e ra n d e v o l u t i o no fp o p u l a t i v es t r u c t u r ew a ss t u d i e db yt h i st e c h n o l o g y s t u d yw a sm a d eo nt h eu s eo f a r t i f i c i a lw a s t e w a t e r ，t h er e s e a r c hr e s u l t ss h o w e dt h a tt h e p r o c e s sh a sr e m o v a lr a t eo f9 3 7 、8 4 1 a n d9 3 2 r e s p e c t i v e l yf o rc o d ，t na n dt pa n d t h ee f f l u e n tc o n c e n t r a t i o no fc o d ，n h 4 + - n ，t na n dt pw e r eo b s e r v e dt ob e2 6m e r e ， 0 2 7 m g l ，5 2 4 3 m g la n d0 9 5 8 m g li na v e r a g e t h eo u t f a l lq u a l i t yo fc o d ，n h 4 + - n ，t n a n dt pc a nr e a c ht h es e c o n dc l a s sd i s c h a r g es t a n d a r di ng b18 917 - 2 0 0 2 t h ee x p e r i m e n ts u g g e s t e dt h a tm l s sa b o v e3 0 0 0 m g l ( a n dm l s s 柚a e r o b i c ：m l s s a n o x i c ： i v 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t m l s s 跏b i 声l ：l ：1 ) w e r ed e t e r m i n e da so p t i m a lf o rt h ep h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nr e m o v a li n t h em o d i f i e da 2 0s y s t e m c h a n g e so fm l s sc a nl a r g e l ya f f e c tt h ep h o s p h o r u sa n dn i t r o g e n r e m o v a le f f i c i e n c y , s oi t db e t t e rb ek e p ti nc o n s t a n t t h es r to ft h ep a os l u d g ew a ss e ti n t h el e v e lo f8 d ，1 0 d ，12 d ，15 d ，t h ep h o s p h o r u sa n dn i t r o g e nr e m o v a le f f i c i e n c yu n d e re a c h s r tw a sm e a s u r e d ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es u i t a b l es r ti s10 12 di nt h em o d i f i e da 2 o s y s t e m s e td oc o n c e n t r a t i o ni nd i f f e r e n tr a n g ea n dr e v i e wt h ec h a n g e so fp h o s p h o r u sa n d n i t r o g e nr e m o v a l t h er e s u r ss h o w e dt h a td oc o n c e n t r a t i o nh a sl i r l ea f f e c t so nc o d r e m o v a lr a t i o n h a + 一nr e m o v a lr a t i oa r i s i n ga n dt nr e m o v a lr a t i oa s c e n d i n ga sd o c o n c e n t r a t i o na r i s i n g t pr e m o v a lr a t i oc a nr e a c ho ra p p r o a c ho p t i m a lw h e nt h er a n g eo fd o c o n c e n t r a t i o nw a s2 0 3 0 m g l i tw a sf o u n dt h a tt h ec r i t i c a lo r g a n i cl o a dr a t i oo fa n a e r o b i cp h o s p h o r u sr e l e a s ei s0 12 0 ( g ，c o d ) ( g ，m l s s ) i ns t a t i ce x p e r i m e n t s n i t r a t eh a sd e e pc o n t a i n m e n ta c t i o no na n a e r o b i c p h o s p h o r u sr e l e a s e a n a e r o b i cp h o s p h o r u sr e l e a s eo c c u r r e da f t e rd e n i t r i f y i n gr e a c t i o n f i n i s h e d d e n i t r i f y i n gr a t e sa r ef a s t e ri nh i g h e rc o di n i t i a lc o n c e n t r a t i o na n dn e e dl e s st i m e i tw a sn o t i c e dt h a tt h es v io fp a os l u d g ei nt h es y s t e mw a sr a n g e df r o m10 5m l gt o 19 4m l g t h ea v e r a g es p e c i f i cw e i g h to fp h o s p h o r u se l e m e n ti nt h es l u d g ei s3 6 8 4 16 a n d4 7 0 i na n a e r o b i cr e a c t o r 、a n o x i cr e a c t o ra n da e r o b i cr e a c t o rr e s p e c t i v e l y p o p u l m i v es t r u c t u r ei na n a e r o b i cr e a c t o ra n da e r o b i cr e a c t o rw h e ns y s t e mw a ss t a r t u p a n dq u i e tr u nw e r ea n a l y z e db yt h em e t h o d so fp c r - d g g e t h er e s u l t ss h o w e dt h a t p o p u l a t i v es t r u c t u r ec h a n g e dr a p i d l yd u r i n gt h es t a r t u pp e r i o da n dk e p ts t a b i l i z ed u r i n gt h e q u i e tr u np e r i o d p o p u l a t i v es t r u c t u r ei na n a e r o b i cr e a c t o ri sq u i t es i m i l a rw i t hw h i c hi n a e r o b i cr e a c t o r , b u tt h ek i n d so fp r e d o m i n a n tp o p u l a t i v ei na n a e r o b i cr e a c t o ri sm o r et h a n w h i c hi na e r o b i cr e a c t o r k e y w o r d s ：m o d i f i e da 2 op r o c e s s ；p h o s p h 。r u sa n dn i t r o g e nr e i n o v a l ；p h o s p h 。r u s a c c u m u l a t i n go r g a n i s m ( p a o ) ；a f f e c t i n gf a c t o r s v 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i v 第一章绪论1 1 1 我国水资源与水环境现状及面临的问题1 1 1 1 我国的水资源现状1 1 1 2 我国的水环境现状1 1 1 3 我国水环境保护面临的问题2 1 2 氮、磷循环与水体富营养化2 1 2 1 自然界中氮、磷的循环及水体中氮、磷的来源2 1 2 2 氮磷污染与水体富营养化3 1 3 生物脱氮除磷基本原理5 1 3 1 生物脱氮基本原理5 1 3 2 生物除磷的基本原理9 1 3 3 反硝化除磷的基本原理1 1 1 4 生物脱氮除磷工艺1 2 1 4 1a 2 o 工艺1 2 1 4 2b c f s 工艺1 4 1 4 3 序批式反应器( s b r ) i 艺系统1 5 1 5 本课题的主要研究内容1 7 第二章试验材料与方法1 8 2 1 试验用水来源与水质18 2 2 试验装置与仪器一1 8 2 2 1 试验装置与原理l8 2 2 2 影响改良型a 2 o 工艺整体处理效果的因素2 0 2 2 3 试验仪器2 l 2 3 试验分析项目与检测方法一2 2 2 3 1 常规指标的检测2 2 v i 东北大学硕士学位论文目录 2 3 2 活性污泥中d n a 的卡h 提与纯化2 3 2 3 3p c r 扩增2 3 2 3 4 变形梯度凝胶电泳( d g g e ) 2 4 第三章改良型a 2 o 系统的运行效果2 5 3 1 改良型a 2 o 系统的启动2 5 3 1 1 活性污泥培养方案的选择2 5 3 1 2 试验的启动2 5 3 2 运行参数的确定2 7 3 3c o d 去除特性2 7 3 4 氨氮的去除特性2 9 3 5 总氮的去除特性_ 3 0 3 6 总磷的去除特性3 2 3 7 改良型a 2 o 系统内d o 、o i 冲和p h 的沿程典型变化规律3 4 3 7 1d o 、o r t 和p h 的沿程变化规律3 4 3 7 2d o 变化的理论分析3 5 3 7 3o r p 变化的理论分析3 6 3 7 4p h 变化的理论分析3 6 3 8 改良型a 2 0 系统的运行中出现的问题3 8 3 8 1 污泥膨胀的产生与控制3 8 3 8 2 污泥上浮的产生与控制3 9 3 9 本章小结3 9 第四章改良型a 2 o 系统的主要影响因素4 1 4 1m l s s 对系统脱氮除磷的影响4 1 4 2s r t 对系统脱氮除磷的影响4 2 4 3d o 对系统脱氮除磷的影响4 4 4 4 有机负荷率对厌氧释磷和好氧吸磷的影响4 5 4 5 硝念氮对厌氧释磷的影响一4 6 4 6 聚磷污泥的特性一4 8 4 6 1 聚磷污泥沉降性4 8 4 6 2 聚磷污泥含磷率4 9 4 7 本章小结5 0 第五章系统启动和运行阶段种群结构分析5 2 v i i 东北大学硕士学位论文 目录 5 1 取样条件5 2 5 2 活性污泥样品总d n a 提取结果5 2 5 3 总d n a 的p c r 的扩增结果5 3 5 4 变形梯度凝胶电泳( d g g e ) 分离扩增1 6 sr d n a 片段结果5 4 5 5 本章小结一5 5 第六章结论与建议5 6 6 1 结论一5 6 6 2 建议5 7 参考文献：5 8 致谢6 4 v i i i 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 我国水资源与水环境现状及面临的问题 1 1 1 我国的水资源现状 我国是一个水资源贫乏的国家，水资源总量为2 8 x 1 0 1 2m 3 ，人均水资源量为2 3 4 0 m 3 ， 仅为世界平均水平的1 4 。按照1 9 9 7 年联合国可持续发展委员会全面评估世界淡水资 源报告提出的标准，我国有1 4 地区属于严重缺水地区，1 1 0 地区人均水量低于基本 生存线。近2 0 年来，由于经济的持续快速发展和城市化进程的加快，城市缺水尤为突 出，缺水范围不断扩大，缺水程度日趋严重。 据水利部门预测，到2 0 3 0 年我国人口增至1 6 亿时，人均水资源将降到1 7 6 0m 3 ， 已接近国际公认的水资源紧张标准川；全国实际可能合理利用的水资源约为 ( 8 0 0 0 - - - 9 5 0 0 ) x 1 0 8 m 3 ，而到2 0 5 0 年，全国总需水量将达( 7 0 0 0 8 0 0 0 ) 1 0 8 m 3 ，己接近可合 理利用水量的极限，未来我国水资源的形势十分严峻i z j 。 我国水资源的主要特点是地区分布不均匀，水资源的分布与人口、耕地的分布不相 适应。我国北方人口占全国总人口的2 5 ，耕地面积占全国耕地面积的3 5 ，但水资源占 有量不足全国水资源总量的1 5 t 3 1 。北方地区水资源短缺的现状将在一个相当长的时间 成为难以解决的问题。而南方地区水资源尽管比较丰富，但由于水体污染加剧了一些地 区的缺水程度。水质型缺水也相当严峻【4 1 。如长江三角洲和珠江三角洲，由于水体受到 污染，成为污染型( 水质型) 缺水斟引。 我国水资源的另一特点是：降雨量和河流径流量的季节变化和年度变化都很大，丰 水年和枯水年交替出现，造成旱涝灾害频繁出现的恶果，严重地影响了农业生产。随着 人口的进一步增加、人民生活水平的提高和生产的发展，我困对水资源的需求仍将持续 地增长。水资源的短缺和水污染的加剧己成为我国社会和经济发展的主要制约因素。 1 1 2 我国的水环境现状 当f j ，j 我幽水环境状况是：从全国的范围来看，水污染以有机污染为一e ，主要污染指 标是c o d 、氨氮和挥发酚等。具体地说：全国主要河流自机污染普遍，主要湖泊富营 养化严重，地下水受到污染并丌采过度，近岸海域办受到一定污染。 1 1 2 1 主要河流污染状况1 5 1 辽河、海河水系污染严重，劣v 类水体占6 0 以上；淮河千流为i i i v 类水体，支 流及省界河段水质仍然较差；黄河水系总体水质较差，干流水质以i i i i v 类水体为主， 支流污染普遍严重；松花江水系以i i i i v 类水体为主；珠江水系水质总体良好，以i i 类 东北大学硕士学位论文第一章绪论 水体为主；长江干流及主要一级支流水质良好，以i i 类水体为主。七大水系污染程度由 重到轻依次为：海河、辽河、黄河、淮河、松花江、珠江、长江。河流污染情况严峻， 其发展趋势也令人担忧。从全国情况看，污染正从支流向干流延伸，从城市向农村蔓延， 从地表向地下渗透，从区域向流域扩展。 1 1 2 2 主要湖泊污染状况i 乙5 l 由于排入湖库的氮、磷等营养物质的不断增长，主要湖泊氮、磷污染较重，导致富 营养化问题突出。我国1 3 1 个主要湖泊中，已达富营养化程度的湖泊有6 7 个，占5 1 2 。 在3 9 个代表性水库中，达富营养化程度的有1 2 座，占3 0 。 1 1 2 3 地下水污染状况1 5 i 全国大部分城市和地区地下水水质总体较好，局部受到一定程度的点状或面状污 染，部分指标超标。污染区主要分布在人口密集和工业化程度较高的城市中心区，主要 超标指标有矿化度、总硬度、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、铁、锰、氯化物、硫酸盐、氟 化物和p h 值等。 1 1 2 4 近岸海域污染状况 根据3 6 8 个站位监测结果1 6 1 ：i v 类和劣于类海水分别占1 5 和2 8 5 。东海区劣v 类水质达5 3 ，上海、浙江、广东等省市近岸海域污染较严重，其中主要以富营养化污 染为主。 由此可见，湖泊、水库、近岸海域等缓流水体由氮、磷引起的富营养化污染十分严 重。因此削减污水中的有机物及脱氮除磷也是今后水处理的重中之重。 1 1 3 我国水环境保护面临的问题 目前，我国面临的重大水问题主要是：由水资源短缺和水污染加剧构成的水危机制 约了我国水资源的可持续发展f 7 】；因资金与技术等方面的原因使我国的水处理技术发展 滞后，水污染难以得到有效的控制【9 】。综合考虑我国现有技术和经济的承受能力，应首 先建设一批投资省、占地小、效能高、运行管理便捷和运行成本低的城市污水处理设施， 以推动我国城市污水处理工程建设健康发展。 1 2 氮、磷循环与水体富营养化 1 2 1 自然界中氮、磷的循环及水体中氮、磷的来源 1 2 1 1 氮、磷的循环f l o 1 氮素通过五个重要的过程，即同化作用、矿化作用、硝化和反硝化作用及固氮作用 实现其在自然界中的循环。大气中的氮通过雷电、降阿及藻类和绿色植物的同氮作用进 入水体和陆地；水体中的氮通过矿化作用、同化作用和反硝化作用进入陆地和大气；陆 地中的氮通过硝化作用、同化作用、矿化作用实现在陆地上的使用循环，在这一过程中 一 东北大学硕士学位论丈 第一章绪论 有一部分会流失到水体中，而人类活动提高了氮素进入水体的量，从而加速了水体富营 养化过程。 磷在自然界中有三种存在状态，即有机磷化合物、不溶性磷酸盐和可溶性磷酸盐。 磷在自然界中主要通过矿化有机磷、同化无机磷和磷的可溶化作用三个途径进行循环。 磷在生物圈中的自然循环有别于氮的循环，即氮可以在大气、水体及陆地上进行再生循 环，而磷只能在陆地和水体中循环，磷的自然生态循环具有不可再生循环特性。随着工 业生产的快速发展，人们生活水平的显著提高，致使废水中氮、磷等污染物的含量越来 越高，尤其是含磷洗涤剂的使用使生活污水中磷含量普遍上升，已构成了水体中磷的重 要人为来源；另一方面农业的快速发展导致含磷肥料的用量急剧上升，使得磷元素通过 雨水冲淋、农业排水和地表径流的方式大量进入水体，它们都大大加速了陆地上的磷向 水体流失的趋势。 1 2 1 2 水体中氮磷的来源及分类特性 氮以有机氮和无机氮两种形态存在于水体中。有机氮有蛋白质、多肤、氨基酸和尿 素等，它们来源于生活污水、农业废弃物( 植物秸杆、牲畜粪便等) 和某些工业废水( 如 羊毛加工、制革、印染、食品加工等) 。水中的无机氮指氨氮、亚硝态氮和硝态氮( 这三 种无机氮统称为氮化合物) 。有机氮和氨氮是水体中氮的主要存在形式，一般情况下硝 态氮仅1 5m g l 1 2 】。城市污水中所存在的含磷物质基本上都是不同形式的磷酸盐( 简 称磷或总磷，用p 或t p 表示) ，根据物理特性，污水中的磷酸盐分成溶解性和颗粒性两 类。按化学特性则可分成正磷酸盐、聚合磷酸盐和有机磷酸盐，分别简称为正磷、聚磷 和有机磷。 含氮磷物质进入水环境的来源和途径分两类：自然过程和人类活动。虽然自然过程， 尤其是水体内部自身底泥等沉积物释放的氮磷对水体的二次污染作用巨大，但真正引起 水体中氮磷含量过多的原因是人类的活动，人类活动是水体中氮磷的主要外部来源。外 源氮磷主要通过面污染和点污染进入水体。大多数情况下，氮主要通过面源进入水体， 磷主要通过点源进入水体。常见的面污染源有：农业面源污染、城市雨水径流污染、气 载污染物污染、水土流失、水产养殖等。常见的点污染源：城市污水与工业废水的直接 排放、污水处理厂的尾水排放、生活垃圾场和工业废料场1 1 3 1 6 j 。 我国n 、p 等污染物主要来自生活污染源、农业污染、畜禽污染源及工业污染源。 城市人口的急剧增加，生活污水排放量不断增加，绝大部分未经处理直接排入水体；随管 工业的发展，大量未经妥善处理的工业废水排入水体，成为城镇附近水体的主要污染源： 农药、化肥的大量流失，使大量未分解的农药和化肥随地表径流进入湖泊水库，成为水 体n 、p 营养物质的主要来源。 1 2 2 氮磷污染与水体富营养化 大量的氮化合物进入水体中将恶化水体质量，影响渔业发展和危害人体健康，其主 一3 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 要危害为： 1 2 2 1 氨氮要消耗水体的溶解氧 氨氮随污水排入水体后，可在硝化细菌作用下被氧化为硝酸盐，氧化每毫克的 n h 4 + 一n 为n 0 3 ，要消耗水体中的溶解氧4 6m g 。这对水体质量的改善和保证，以及鱼 类的生存是十分不利的。 1 2 2 2 氨氮会与氯作用生成氯胺，并被氢化为氮 氨氮会与氯作用生成氯胺，而氯胺的消毒作用比自由氯小，这样就影响了氯的消毒 效果。氯胺不仅气味难闻，而且是致癌物质。同时氯胺还会继续被氧化生成氮气，降低 。 消毒效果。 1 2 2 3 氮化合物对人和生物有毒害作用 鱼类对游离氨非常敏感，即使水中游离氨的浓度很低，也会影响鱼鳃中氧的传递， 对大部分鱼类而言，水体中游离氨的致死浓度为lm g l 。硝酸盐和亚硝酸盐在人体中会 转化为亚硝胺，这是一种致癌、致变和致畸物质，严重威胁人体健康。在正常的健康人 体中硝酸盐和亚硝酸盐能很快地被肠胃吸收， 被吸收的亚硝酸盐能与人体中的血红蛋白起反应形成高铁变性血红蛋白。对于成年 人，可以通过还原系统( 如辅酶( n a d h ) - - 变性血红蛋白酶) 的作用消除毒害作用。但 不满三个月的婴儿以及年幼动物的这种酶系统发育尚不完全。在这种情况下变性血红蛋 白增加可导致一种特殊的临床症状一变性血红蛋白症。食物和婴儿肠胃中的微生物可使 硝酸盐转化为亚硝酸盐，从而导致这个年龄组的问题更为突出。 1 2 2 4 加速水体的“富营养化”过程 “富营养化”本是湖泊分类与演化方面的概念。湖泊学家认为天然富营养化是水体 衰老的一种表现，其过程极为缓慢，常以地质年代计算。当过量的植物性营养元素氮、 磷排入水体会加速水体的富营养化过程。富营养化现象是指富含磷酸盐和氮素的水，在 光照和其它坏境条件适宜的情况下，水中所含的这些营养物质足以使水体中藻类过量生 长，在随后的藻类死亡和随之而来的异养微生物代谢活动中，水体中的溶解氧很可能被 耗尽，造成水体质量恶化和水生态环境结构被破坏。大多数水质富营养化实质上是水体 生念系统受污染造成的。藻类所需要的无机营养与植物相同，需求最大的元素包括碳、 氢、氧、氮、磷。c 0 2 是最- 主要的碳源( 来源广泛) ，氢和氖叶 水提供，氮源足氨氮和 硝酸盐，磷源是溶解性磷酸盐类。藻类需要的微量元素有锰、硫、氯、铁、铜和其它许 多金属元素，这类元素一般在水中鄙是大罱存在的。以藻类分子n 、p 结构分析，一般 为c i 0 0 h 2 2 0 0 i i o n l 4 t ，其中n ：p = 1 4 ：l ，因此藻类生长的限制因素足氮和磷，尤j e 足磷， 其含量通常决定着藻类的生长最1 1 7 j 。由于水中氮的缺乏，可以由许多能固氮的微生物米 补充，所以从藻类对氮、磷需要的关系看，磷的需要往往更为重要，藻类l - y 赴力受磷的 限制更为明显。研究表明，每向水体中排放1 9 磷会导致9 5 0 9 藻类( 干重) 的生长i i 引。目 前国际上公认的水体发生富营养化的限制浓度是：t n 0 2m g l ，t p 0 0 2m g l 。根据 4 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 9 8 6 年至1 9 8 9 年，中国第一次开展的大规模湖泊富营养化调查结果，全国2 6 个主要湖 泊、水库中t n 全部高于0 2m g l ，9 2 的水体t p 超过0 0 2m e e t , 1 9 】。目前许多城市和 市郊的小湖已发展到富营养化及“超”富营养化状态。富营养化现象不仅出现在象湖泊 这样水流缓慢的水体中，甚至在某些水浅的急流河段，河床砾石上也大量生长着藻类， 出现了十分明显的富营养化现象。富营养化的危害极大，不仅在经济上造成损失，而且 危害人类健康。富营养化的水体在很多用途方面都被认为是劣质水体。水体富营养化的 危害主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 富营养化水体中过度繁殖的藻类使水产生霉味和臭味降低了水的质量。 ( 2 ) 富营养化水体中大量生长繁殖的蓝绿藻在水体表面形成一层绿色浮渣，使水质 变得浑浊，透明度明显降低。 ( 3 ) 层密集的藻类使阳光难以透射进入湖泊深层，深层水体的光合作用减弱，使溶 解氧的来源随之减少，同时藻类死亡后的腐化分解加速了水体中溶解氧的消耗速度，水 体缺氧成为必然。 ( 4 ) 富营养化水体中许多藻类能够分泌释放有毒有害物质使水的品质下降。 ( 5 ) 富营养化水体的证常生态平衡被扰乱，生物种群量出现剧烈波动，导致水生生 物的稳定性和多样性降低，破坏了水体生态平衡1 1 4 j 。 ( 6 )