11-2;杨帆-李编;王乃斌;水体富营养化与污水脱氮除磷技术的探讨

水体富营养化与污水脱氮除磷技术的探讨
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、N
O和氨气，完成脱氮脱
2
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NO
2
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
-直接被应用于反硝化反应当中，反硝化硝化反硝化过程中，硝化反应得到的NO
3
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
-作为电子受体，完成吸磷过程，形成聚合磷种是反硝化除磷菌，此菌可以将NO
3
-被同时还原呈氮气。

反硝化生物除磷常用的技术有酸盐，被细胞贮存起来，NO
3
N/SBR工艺等，其优点主要是解决脱氮、除磷存在的矛盾，可以实BCFS工艺、A
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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.。