水体中的氮磷污染及其处理工艺

１ ）使水味变得腥臭难闻 处于富营养化状态的水体中，许多藻 类过度繁殖，使水产生霉味和臭味，大大 降低了水的质量。 ２ ）降低水体的透明度，使其旅游、 观赏的美学价值受到严重影响 在富营养化水体中，生长着以蓝藻、 绿藻为优势种类的大量水藻，这些水藻浮 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 ）消耗水体中的溶解氧 由于表层有密集的藻类，阳光难以透 射进入湖泊深层，故深层水体的光合作用
能源及环境
中国科技信息 ２００７ 年第 １８ 期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｓｅｐ．２００７
水体中的氮磷污染及其处理工艺
梁舸江 芦国才 青海建筑职业技术学院 ８１００１２
摘 要 本文介绍了水体富营养化的危害和几种国内 外常见的脱氮除磷方法及其工艺流程，并对 除去率进行了定量的比较，为水体中的氮磷 污染处理提供一定的参考。 关键词 富营养化；脱氮除磷；污染
明显受到限制而减弱，溶解氧的来源随之 减少。同时，藻类死亡后不断地向湖底沉 积，不断的腐化分解，消耗了水体中大量 的溶解氧。
４ ）向水体释放有毒物质 许多藻类能够分泌、释放有毒有害物 质，不仅危害动物。而且对人类健康产生 严重影响。 ５ ）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 一旦水体呈富营养化状态，水体的正 常生态平就会被扰乱，生物种群量会出现 剧烈波动，某些生物种类明显减少，而另 一些生物种类显著增加，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。 地面水体和地下水中氮污染物的增加 会引起生态及健康方面的有害影响，其主 要危害为［ ２ ］： １ ）氨氮要消耗水体中的溶解氧 氨氮进入水体后，可在硝化细菌作用 下氧化成硝酸盐，氧化每毫克氨氮为硝酸 盐氮要消耗水体中的溶解氧 ４．５７ 克。 ２ ）氨氮会与氯作用生成氯胺，并被 氧化成氮 氨氮会与氯作用生成氯胺，而氯胺的 消毒作用比自由氯小，这样影响氯的消毒 效果。同时，氯胺还会继续被氧化生成氮 气，降低消毒效果。 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，即使水体中 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 的致死量为１ ｍ 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 变、致畸、致癌物，对人体有严重的潜
２．９ 氧化沟工艺［１１］ 氧化沟的脱氮除磷，主要是利用沟内 溶解氧分布的不均匀性，通过合理的设 计，使沟内产生交替循环的好氧区、缺氧
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图 ３ 改良型 ＵＣＴ 工艺
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图４ Ｂａｒｄｅｎｐｈｏ工艺
上，凹、凸岸间水面倾斜符合一般规 律，即凹岸水面高而凸岸水面低，有明 显的水面倾斜。试验中观察到在各流量 下，弯道凹岸水位形成两次波峰，不同 流量下的各断面的凹、凸岸水位差，见 表 ３ － １ １ 。当流量 Ｑ ＝ １ ３ ０ ４ ｍ３／ｓ 时，在 断面 ０＋２５８．５（ｑ）凹岸出现最大水位值 ７． ７ ３ ｍ ，凹、凸岸水位出现最大差值， △ ｈ＝６．８３ｍ。
弯道中出现以上流态原因在于：弯 道中的急流除考虑其受重力和离心力的联 合作用外，还必须考虑弯曲边墙产生水 流的扰动而产生的冲击波，这种冲击波 在自由表面上产生菱形交叉，使水面变 化非常复杂；急流冲击波的产生使得溢 洪道内水流流态恶化，冲击波在左右岸 形成水面周期性起伏变化，导致弯道段 左、右（凸、凹）岸出现较大的水位差。通 过对弯道中水流流态的观察结果及对试验 数据的分析研究，可以知道原设计溢洪 道弯道边墙能满足泄洪的要求，但是溢 洪道内水流流态比较恶劣，存在着弯道 急流冲击波。所以弯道急流除具有水面 扭曲和螺旋流外，还存在冲击波振荡， 使水面波动十分激烈。
４ ０ ｍ ｉ ｎ，进行低浓度的硝化、脱氮和磷的 吸收过程，污水经过曝气、搅拌以及污泥 的吸收后，磷的含量几乎可以达到０，去 氮率达 ９ ０ ％ ，Ｂ Ｏ Ｄ ５ 去除率达 ９ ５ ％ ，总磷 去除率 ９ ０ ％ 以上。
２．６ Ｂａｒｄｅｎｐｈｏ工艺［４］ Ｂａｒｄｅｎｐｈｏ 工艺是以高效率同步脱氮 除磷为目的一项技术。该工艺反硝化过程 中所利用的碳源物质来源于原污水中的含 碳有机物和细菌的内源代谢产物。其工艺 流程见图 ４。 原污水进入第一缺氧池，与来自第一 好氧池含硝态氮的污水进行反硝化反应； 从二沉池回流进入的含磷污泥则在其中释 放磷。第一好氧池的首要功能是去除原污 水带入的有机物，同时进行硝化和磷的好 氧吸收。混合液进入第二缺氧池后，进行 内源反硝化和磷的释放。第二好氧池的主 要功能是过量吸收溶解性磷，同时进行硝 化。各池都有其首要功能，并兼行其他功 能。因此本工艺脱氮除磷效果好，总氮去 除率 ９ ０ ％ 以上，总磷去除率达 ９ ７ ％ 。 ２．７ 循环式活性污泥法（ＣＡＳＴ）工艺［５］ ［６］
段同时进行，运行时控制供氧强度并不断 加以调节，使活性污泥絮体周围保证有一 个好氧环境进行硝化；而絮体内部则因氧 的渗透作用受到限制导致氧浓度很低，同 时较高的硝酸盐氮浓度则使其能较好的渗 透到絮体内部，有效地进行反硝化。另 外，非曝气阶段也存在一定的反硝化作 用。根据目前投入运行的 Ｃ Ａ Ｓ Ｔ 工艺运行 结果，其 ２４ 小时混合出水氨氮浓度低于 ０． ２ ｍ ｇ ／ ｌ，硝态氮低于 １ ． ５ ｍ ｇ ／ ｌ。Ｃ Ａ Ｓ Ｔ 工 艺使微生物不断的循环通过好氧和厌氧运 行可以使微生物细胞内吸收过量的磷，在 ４小时循环周期的 Ｃ Ａ Ｓ Ｔ 系统中，其生物 除磷的效果在 ８ ０ ％ ～９ ０ ％ 左右。如需再进 一步提高除磷的效果，可采用６小时或更 长的循环周期，此时非曝气时间占整个循 环时间的 ５０％ 左右，池子容积和撇水堰渠 均需适当增大。
１ 氮磷污染与水体富营养化
“富营养化”（Ｅ ｕ ｔ ｒ ｏ ｐ ｈ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ）是 湖泊分类方面的概念。湖泊学家认为天然 富营养化是水体衰老的一种表现。而过量 的植物性营养元素氮、磷进入水体则是人 为加速了水体的富营养化过程。富含磷酸 盐和某些形式氮素的水在光照和其它环境 条件适宜的情况下使藻类过量生长，随后 藻类死亡并伴随着异养微生物的代谢，于 是水体中的溶解氧很快被耗尽，造成水体 质量恶化和水生态环境结构破坏，这就是 所谓的水体富营养化［１］。富营养化的危害 很大，影响深远，不仅在经济上造成损 失，而且危害人类健康。主要表现在如下 几方面：
２．３ 序批式活性污泥法（ ＳＢＲ）工艺［３］［２］ ＳＢＲ 工艺是一种将初沉、反应和二次 沉淀各工序在同一反应器中进行，按时间 顺序进行污水处理，整个处理过程分为初 沉进水、反应、出水、休闲五个时期， 具有结构简单，投资省，操作管理方便等 优点，近来已研制出各种型号的自动监测 系统，操作时可按水质情况调整各时段时 间，已有许多报道指出 ＳＢＲ 工艺具有良好 的脱氮、磷效果。一般 Ｂ Ｏ Ｄ 去除率 ９ ０ ％ 以上，总氮去除率 ７ ０ ％ 以上，总磷去除 率 ９ ８ ％ 以上。 ２．４ ＶＩＰ（Ｖｉｒｇｉｎｉａ Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ Ｐｌａｎｔ）工 艺［１］［３］［２］ Ｖ Ｉ Ｐ 工艺流程和 Ｕ Ｃ Ｔ 工艺相同，和 ＵＣＴ 工艺相比，其在厌氧区、缺氧区、好氧 区三个部分中每一个部分多由两个以上的 反应池所构成，所以可以增加吸磷和放磷 等过程的速率。同时，ＶＩＰ 工艺有机负荷比 ＵＣＴ 工艺高，故可以采用比 ＵＣＴ 工艺短的 泥龄，ＶＩＰ 工艺的泥龄为 ５～１０ｄ，而 ＵＣＴ 工艺的泥龄通常为 １３～２５ｄ。ＶＩＰ 工艺负荷 高，运行速率也较高，污泥中活性生物的比 例也就增加，因此，脱氮除磷速率高，同时 反应池的体积小，投资省。 ２．５ 二池间歇曝气工艺［３］ 二池间歇曝气工艺由两个反应池直接 相连，最后由一个沉淀池所构成，二池容 积相等，各池内设搅拌器，二池周期性地 反复进行间歇曝气和搅拌，形成厌氧、缺 氧和好氧区。每次循环周期 １２０ 分钟，第 一反应池曝气 ３５ｍｉｎ，为硝化过程。搅拌 ８ ５ ｍ ｉ ｎ，主要是放磷过程，其次是反硝化 脱氮。在第二反应池曝气 ８ ０ ｍ ｉ ｎ ，搅拌
［７］
ＣＡＳＴ（Ｃｙｃｌｉｃ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｓｌｕｄｇｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）是一种循环式活性污泥法，整 个工艺为一间歇式反应器，在此反应器中 活性污泥法过程按曝气和非曝气阶段不断 重复，将生物反应过程和泥水分离过程结 合在一个池子中进行。由于该工艺是一种 “充水和排水”活性污泥系统，污水按一 定的周期和阶段得到处理，故可以看成是 Ｓ Ｂ Ｒ 工艺的一种变体。Ｃ Ａ Ｓ Ｔ 工艺每一操 作循环由进水／曝气、进水／沉淀、撇 水、闲置（视具体情况而定）四个阶段 组成。循环开始时，由于充水，池子中 的水位由某一最低水位开始上升，经过一 定时间的曝气和混合后，停止曝气，以使 活性污泥絮凝并在一个静止的环境沉淀， 在完成沉淀阶段后，由一个移动式撇水堰 排出已处理的上清液，使水位下降至池子 所设定的最低水位，然后再重复上述过 程。Ｃ Ａ Ｓ Ｔ 工艺的一个重要特点是具有卓 越的硝化／反硝化能力，并且不需要前置 反硝化系统那样需要将硝酸盐氮从硝化区 回流至反硝化区。硝化和反硝化在曝气阶
图 １ Ａ２／Ｏ 工艺
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图 ２ ＵＣＴ 工艺
氧池，以补充厌氧池中污泥的流失。因 此，只要通过操作很容易的减少经回流污 泥携带来的硝酸盐数量，硝酸盐氮在缺氧 池中经反硝化而完全去除。缺氧池２接受 来自好氧池的混合液回流，同时进行反硝 化作用，可以使缺氧池出水中的硝态氮浓 度保持接近于零。这种将缺氧池１和缺氧 池２完全分开的改良型 ＵＣＴ 工艺，可以避 免将过剩的硝态氮带进厌氧池使之保持较 为严格的厌氧环境，提高了厌氧放磷和整 个系统的除磷效率。改良型 ＵＣＴ 工艺流程 见图 ３。
２．８ 好氧与厌氧交替活性污泥 （ＡＡＡ） 工艺［８］［９］［１０］
ＡＡＡ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ａｅｒｏｂｉｃ－ａｎｏｘｉｃ）工 艺是一种新的污水处理方法，曝气机反复 开停，使系统交替处于好氧厌氧状态，进 行硝化和反硝化。该工艺由于在厌氧期可 有效地从硝酸盐中获得氧，并且由厌氧向 好氧工况改变期间存在高的氧转移速率， 故具有能耗低的优点。据报道，对于服务 人口为 ２ ０ ０ ～５ ０ ０ 人的小型污水厂，Ａ Ａ Ａ 工艺较之于接触氧化法可以减少约 ４０％ 的 能耗。由于曝气装置反复开停，当停止曝气 时，污水和活性污泥充分接触，能高度发挥 其处理能力，在脱氮的同时能避免 ｐＨ 值降 低。以服务人口３００ 人为例，用接触氧化法 占地 ８９．３ｍ２，而用 ＡＡＡ 工艺占地 ７９．６ｍ２， 省地 ２０％。在有氧条件下，微生物细胞内有 一定数量的氢核和电子载体参与有机碳的 氧化，这些反应所释放的能量一部分以热 量散发，（另一部分则被氧化磷酰基为三磷 酸腺酐（ＡＴＰ）的反应吸收），故污泥产率 比常规工艺低。
在威胁。
２ 脱氮来自百度文库磷工艺
２．１ Ａ２／Ｏ 工艺［１］［２］ 该工艺由厌氧池／ 缺氧池／ 好氧池／ 沉 淀池组成，工艺流程见图 １。 污水首先进入厌氧池、兼性厌氧的发 酵细菌将污水中大分子有机物转化为小分 子发酵产物，聚磷细菌将菌体内积聚的聚 磷盐分解。随后污水进入缺氧池，停留时 间可为 ０．５～１．０ 小时，反硝化菌就进行反 硝化以去除碳和氮。在厌氧池和缺氧池都 设有搅拌混合器，以防污泥的沉淀。接着 污水进入曝气的好氧池，以去除可降解的 有机物，这时的聚磷细菌吸收周围环境中 的溶解性磷，以聚磷盐的形式在体内储存 起来，最后进入沉淀池使泥水分离，排放 出的剩余污泥的含磷量可达到 ６ ％ 以上， 泥龄以 ５～１０ 天为佳，整个系统 ＢＯＤ 去除 率 ９ ８ ％ 以上，总氮去除率 ８ ０ ％ 以上，总 磷去除率 ９ ５ ％ 以上。 ２．２ ＵＣＴ（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｐｅｔｏｗｎ） 工艺［３］ 从脱氮功能来讲，并不需要在缺氧池 前设置厌氧池，但作为厌氧选择器可以促 进菌胶团的细菌繁殖并抑制丝状菌在缺氧 池和好氧池中的繁殖。Ｕ Ｃ Ｔ 工艺与 Ｌｕｄｚａｃｋ－Ｅｔｔｉｎｇｅｒ 工艺和 Ａ２／Ｏ 工艺不同 之处在于最终沉淀池回流污泥不是回流到 厌氧池而是到缺氧池，这样可以防止由于 硝酸盐进入厌氧池，破坏厌氧池的厌氧状 态而影响系统的除磷效果，工艺流程见图 ２ 。 而改良型 Ｕ Ｃ Ｔ 工艺再在厌氧池和好 氧池中间再增加一个缺氧池。系统中包括 两个内回流，缺氧池１只接受二沉池的回 流污泥，同时缺氧池１有混合液回流至厌