氮磷污染危害及脱氮除磷基本概念剖析

据估算，我国人均体内排出的磷为1.8g/d左右。 生活污水中含有机氮和氨态氮，其来自于食物中 蛋白质代谢的废弃物。一般每人产生11g/d氮态废 物。新鲜生活污水中有机氮约占40%，氨氮约占 60%。
1.1.2工业污染源 食品加工企业（乳制品行业）、化肥生产企业 等工业废水中含有大量较高浓度的氮。 含磷工业主要是磷化工业，排放的污水中含有 磷酸盐、氟化物、二氧化硅等。
一级B
一级A 二级
8（15）
5（8） 25（30）
1.0
0.5 3
20
15 5
未来
1
0.1
5
2.国外污水氮磷去除指标值
美国制定了污水处理厂污染物排放的基本标准，即 “双30标准”：BOD、SS排放指标均为30mg/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四个流域或地区执行非常严格 的氮磷排放标准：TN 低于3mg/L 或5mg/L，TP 低于 0.1mg/L 或0.2mg/L。
水体富营养化:
是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、 磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓 流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖， 水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生 物大量死亡的现象。
以武汉东湖为例，据中科院水生所、武汉大学 生物系等单位调查，在60年代初，水体尚未呈富 营养状态时，全湖的浮游生物、漂浮生物、挺水 植物、沉水植物与底栖动物构成良好的生物系统， 具有一定群落规律。其水生维管束植物多达83种 53属29科，全湖植被覆盖率达到83%。
英国
1.4 污水脱氮除磷厌氧、缺氧、好氧基 本概念辨析
由于生物脱氮、除磷的需要，在传统活性污 泥法的基础上，将厌氧状态组合到活性污泥中， 因此在生物反应器中就产生了厌氧、缺氧、好氧 的分区状态；或者是在同一生化反应器中反复周 期地实现厌氧、缺氧、好氧状态。 污水中的厌氧、缺氧、好氧状态不仅体现在 溶解氧的变化上，也体现在参与反应的微生物、 呼吸类型、最终电子受体等方面。
1.2 氮磷污染危害与水质富营养化
氮素物质对水体环境和人类都具有很大的危害， 主要表现在以下几个方面： ①氨氮会消耗水体中的溶解氧（氨化、硝化） ②含氮化合物对人和其它生物有毒害作用： a.氨氮对鱼类有毒害作用 b. NO 3-和NO 2-可被转化为亚硝胺——一种 “三致”物质 ③加速水体的“富营养化”过程
1.4.2 缺氧
缺氧状态下混合液中不存在溶解氧（或溶 解氧浓度极低），而存在大量的硝酸盐氮。 此时由于混合液中的溶解氧浓度极低，不 足以供给氧化还原反应的电子受体，因此该 过程中主要以硝酸盐作为电子受体，在此过 程中主要发生有机物的降解反应以及反硝化 反应。
1.4.3 好氧
好氧状态是指污水中存在溶解氧的状态（一 般指溶解氧浓度>1mg/L）。此时混合液中的电 子受体主要为溶解氧，在溶解氧不足的情况下， 混合液中的部分硝酸盐也会作为电子受休。
六湖连通：将东湖、沙湖、北湖、杨春湖、 严东湖、严西湖六个湖泊贯通，并与长江相连， 实现引江济湖、湖湖连通，从而改善武汉地区水 域环境
引江济湖工程的目的是“换”，通过“换”， 使得污染水源的各个污染指标得到稀释，从而增 强污染水体的自净能力，以达到对水质的优化。 类似有西湖调水工程、玄武湖调水工程等。
1.1.3农业面源 面源性的农业污染物，包括肥料、农药和动物 粪便。 肥料和农药通过雨水冲淋、农业排水和地表径 流进入河道和水体，成为直接营养源。
畜禽养殖业废料和水中野生动物的排泄物，氮 磷含量相当高，也会大量进入水体。
1.1.4 沉积物中氮和磷的排放 沉积物是湖泊的主要污染内源，是污染物的蓄 积库。各途径的营养盐经湖泊物理、化学、生物 化学作用沉积湖底，成为湖泊营养盐的内负荷。 在湖泊环境发生变化时（如入湖营养盐负荷减 少或完全截污后），沉积物中的营养盐会逐步释 放出来，补充湖水中的营养盐。
1. I类 主要适用于源头水、国家自然保护区。 2. II类 主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、 鱼虾产卵场等。 3. III类 主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区 及游泳区。 4. IV类 主要适用于一般工业水区及人体非直接接触的娱乐用水区。 5. V类 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。
序号 7 8 9 参数 氨氮 总磷 总氮 I类 0.15 II类 0. 5 III类 1.0 IV类 1.5 单位（mg/L） V类 2.0
0.02（湖、 0.1（湖、 0. 2（湖、 0.3（湖、 0.3（湖、 库0.01） 库0.025） 库0.05） 库0.1） 库0.1） 0.2 0.5 1.0 1.5 2.0
1. 第一类适用于海洋渔业水域，海上自然保护区和珍稀濒危海洋生物保护区。 2. 第二类适用于水产养殖区，海水浴场，人体直接接触海水的海上运动或娱 乐区，以及与人类食用直接有关的工业用水区。 3. 第三类 适用于一般工业用水区，滨海风景旅游区。 4. 第四类适用于海洋港口水域，海洋开发作业区。
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（4）《城市污水再生利用 城市杂用水水质标准》 （GB/T18920-2002）。该标准是城市污水再生后 回用于生活杂用水的水质标准。 （5）《农田灌溉水质标准》（GB 5084-2005）。 当出水用于农灌时应执行的标准。 （6）《农用污泥中污染物控制标准》（GB428484）。该标准适用于城市污水处理厂污泥用于农田 时的控制标准。
溶解氧
溶解氧
专性好氧菌、兼 性菌
有机物降解，氨氮 氧化
CO2、NO3-、菌体
污水生物脱氮（硝化）
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1.3.2国内外污水氮磷去除 1.我国污水氮磷去除指标值 氮磷指标值值变化如表4所示。
表4 氮磷指标值变化
标准变化 二级 括号外数值为 GB8978-1996 水温﹥12 ℃的 标准，括号内 为水温≤12 ℃ GB18918的标准 2002 一级 NH3-N 25 15 单位 (mg/L) TP 1.0 0.5 TN
内源性负荷：内源性负荷是沉积物中氮和磷的 释放、水生动植物新陈代谢分解 等。
1.1.1生活污染源
人类生活过程中产生的的污水，是水体的主要 污染源之一。 生活污水中含大量有机物如 纤维素、淀粉、糖 类脂肪蛋白质等；常含病原菌、病毒和寄生虫卵； 含无机盐类氯化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸氢盐 和钠、钾、钙、镁等。
（1）《城镇污水处理厂污染物排放标准》 （GB18918-2002）。基本控制项目最高允许排放浓 度（日均值）如表1所示。
表1基本控制项目最高允许排放浓度（日均值） 单位（mg/L)
（2）《地面水环境质量标准》（GB3838-2002）。
表2 地面水环境质量标准（GB3838-2002)（摘录）
厌氧
硝态氮
兼性菌、专性好 氧菌 兼性菌、专性好 氧菌 兼性菌、专性好 氧菌
CO2、N2、菌体
污水生物脱氮
好氧 厌氧
溶解氧、 硝态氮
CO2、N2、有机酸、菌体
供养不足或分布不均；同时硝化反硝化
好氧
2、碳源 氧化 3、碳源 氧化及硝 化
好氧
溶解氧
有机物降解，有 机氮氨化
CO2、菌体、NH3
污水生物处理（除磷）
（3）《海水水质标准》（GB3097-1997） 目前污水排海工程按该标准控制达标，经环境容量预测确定 污水处理厂的出水水质或排放总量。 表3 海水水质标准（GB3097-1997）（摘录）单位：mg/L
序号 12 13 14 项目名称 无机氮(以N计） 非离子氨 （以N计） 活性磷酸盐 （以P计） 0.015 第一类 0.20 第二类 0.30 0.020 0.030 0.045 第三类 0.40 第四类 0.50
污水厌氧水解等固体停留时间较短的纯厌氧工艺， 以提高或改善有机物去除效果为目的
3、暂时 厌氧
厌氧
PHB等有 机聚合 物
兼性、专性好氧 菌
溶解性有机物酸 化，聚磷菌吸收 有机酸并释磷， PHB合成 有机物降解，反 硝化 有机物降解及同 时硝化反硝化
有机酸、CO2
污水生物除磷或厌氧选择器
缺氧
1、低溶 解氧
好氧环境下主要发生有机物的降解、有机氮 的氨化、氨氮的氧化以及同步硝化反硝化反应。
简单的说：
混合液中既不存在溶解氧，又 不存在硝酸盐的状态为厌氧状态； 存在硝酸盐但不存在溶解氧的 状态为缺氧状态；
混合液中溶解氧作为主要电子 受体的状态为好氧状态。
随着污水处理技术的不断发展，厌氧、缺 氧、好氧等污水处理技术术语的含义在不同 的污水、污泥处理工艺操作中也不断的发展 并发生深刻变化，使其具有不同的内在涵义 和不断扩展的外延。
为了较好的解决这一问题，下面从参与反 应的微生物、呼吸类型、最终电子受体、主 要代谢反应、典型工艺操作及其组合等方面 对这些术语进行综合分析和汇总说明。见下 表：
状态划分
呼吸类 型
主要最 终电子 受体 低分子 有机物 CO2
参与活动的主要 微生物
主要生物反应
典型最终产物
典型工艺
1、完全 厌氧（甲 烷化）
1.3污水处理水质目标与国内外污水氮磷去除标准
1.3.1污水处理水质目标和水质标准 1.城市污水处理的水质对象与方法 主要对象： ＣＯＤ、ＢＯＤ５、 SS和氮磷营养物质 方法： 机械法、化学法、生化法（污水处理工艺流程核心）
2.污水处理水质目标和水质标准
城市污水和污泥经过有效处理之后，其排放、利用 和处臵的去向往往因地而异，因此必须根据当地的具 体情况，依据国家和地方的有关水质标准和接纳水体 的等级划分（水质目标），合理确定城市污水处理厂 的污水处理程度和水质指标
国家或 地区 欧盟 TN mg/L 15 10 德国 18 70 % 70~80 mg/L 2 1 2 1 法国 TP % 80 规模 PE 10000~100000 >100000 10000~100000 >100000
15
10
70
70 同欧盟
2
1
80
90
10000~100000
>100000 10000~100000 >100000
澳大利亚的氮污染物排放标准也分为国家标准 和地方标准，如国家排放标准规定： 出水TN<10mg/L的概率至少保证90%； 同时出水TN<5mg/L的概率至少保证50%。 某地方排放标准规定： 出水TN<5mg/L的概率至少保证90%； 同时出水TN<3mg/L的概率至少保证50%。
欧洲的氮磷排放标准按规模分别制定。 表5 欧盟部分国家氮磷排放限值及达标率
污水生物脱氮除磷技术
第1章 氮磷污染危害及脱氮除磷基本概念
1.1 氮磷污染物来源 1.2 氮磷污染危害与水质富营养化 1.3 污水处理水质目标与国内外污水氮 磷去除标准 1.4 污水脱氮除磷厌氧、缺氧、好氧基 本概念辨析
1.1 氮磷污染物来源
点源污染：生活污水和工业废水
外源性负荷 面源污染: 主要来源农业
而现在，由于长期以来生活污水和工业废水未 经有效处理，大量排放入湖中，东湖生态环境发 生急剧变化，其植被覆盖率由过去的83%下降至 不足3%。 水生植物种类减少到58种，群落结构发生明显 变化，沉水植物比例下降，过去在全湖中占绝对 优势的黄丝草几乎绝迹，表征水质富营养状态的 蓝藻、绿藻数量上升成为优势种类。
1.4.1 厌氧
厌氧一般是指混合液不存在溶解氧 （或溶解氧浓度极低），且其中也没有硝 酸盐存在的状态，主要以低分子有机物、 CO2，以及一些高能化合物为电子受体。 此时混合液中的溶解性和颗粒性有机 物将发生水解酸化反应。根据其中的溶解 氧浓度，厌氧过程又分为完全厌氧（甲烷 化）、兼性厌氧（水解酸化）和暂时厌氧。
厌氧
专性、兼性厌氧 菌
颗粒性及溶解性 有机物水解酸化 并甲烷化
CH4、CO2、H2S、H2、菌 污泥厌氧消化等固体停留时间较长的纯厌氧工艺， 体 以有机物的去除和稳定化为目的
厌氧
2、兼性 厌氧（水 解酸化）
厌氧
低分子 有机物
兼性、专性厌氧 菌
颗粒性及溶解性 有机物水解酸化
CO2、有机酸、菌体、CH4