太湖上游流域地表水及污水处理厂尾水氮、磷污染特征分析-论文 6页

环境污染与防治第36卷第3期2014年3月太湖上游流域地表水及污水处理厂尾水氮、磷污染特征分析*涂勇1,2刘伟京张耀辉张龙。(1．江苏省环境科学研究院，江苏南京210036；2．江苏省环境工程重点实验室，江苏南京210036)摘要抽样分析了太湖上游流域地表水、以生活污水为主的污水处理厂尾水以及工业园区(印染、化工)集中污水处理厂尾水水样，重点表征了地表水和污水处理厂尾水氮、磷污染物的组成及污染特征。结果表明，污水处理厂尾水及地表水中的氮污染类别主要为亚硝态氮、硝态氮，高浓度有机氮主要存在于化工园区集中污水处理厂尾水中，而磷污染的主要类别为有机磷，其浓度平均占总磷浓度的50％以上。建议污水处理厂进一步强化生物脱氮效率，提高混凝沉淀效果，并针对有机氮实施有针对性的预处理手段以提高总氮去除率。关键词太湖氮磷污染特征有机氮有机磷Pollutioncharacteristicsofnitrogenandphosphorusinsurfacewaterandeffluentfromwastewatertreatmentplantinup。streamreachesoftheTaihuLakeTUYong，LjUWeijing，ZHANGYaohui，ZHANGLong．(1．JiangsuProvincialAcademyofEnvironmentalScience，NaingJiangsu210036；2．JiangsuProvincialKeyLaboratoryofEnvironmentalEngineering，NaingJiangsu210036)Abstract：Watersampleswererandomcollectedfromsurfacewater，effluentfromsewagetreatmentplantandindustri—alparkwastewatertreatmentplant(WTP)inupstreamreachesoftheTaihuLake．Thepollutioncharacteristicsandcomposi—tionofnitrogenandphosphoruspollutantsweredifferentiated．Theresultsshowedthatthemainconformationofnitrogeninthesampleswasnitratenitrogenandnitritenitrogen，whilethehighconcentrateorganicnitrogenweredetectedintreatedwastewaterfromchemicalindustrialparkWTP．Moreover，maincomponentofphosphorusinthesampleswasorganicphos—phoruswhichcouldoccupymorethanhalfoftotalphosphorus．SomesuggestionwereprovidedthattheWTPshouldbefur—therenhancedthebiologicaldenitrificationefficiency，improvetheeffectofcoagulationsedimentation，andfocusedonthepre—treatmentoforganicnitrogentOincreasethetotalnitrogenremovalrate．Keywords：TaihuLake；pollutioncharacteristicsofnitrogenandphosphorus；organicnitrogen；organicphos—phorus流入太湖水中氮、磷污染是影响太湖富营养化磷污染特征，着重考察了生活污水处理厂和工业园的重要因素。研究指出，总磷、总溶解态磷和磷酸盐区集中污水处理厂尾水水样中氮、磷污染形态构成，磷是太湖水域最主要的污染因子，其次是有机污染并对污水处理厂的运行提出了建议。此举对于探讨物，而太湖总氮浓度作为主要污染物指标近年来也太湖水中氮、磷污染的来源和去除，完善氮、磷循环一直未有回落[1]。此外，太湖不同区域水质存在显机制具有重要的意义。著差异，污染主要原因是各人湖河道口污染较为严1材料与方法重，而其中生活污水和农业面源在太湖人湖污染中又占主要比例]。1．1采样点虽然目前对湖泊、地表水中氮磷循环、累积和污水样主要集中在太湖流域上游采集，分为3部染机制方面已有较为深入的研究_7]，但氮、磷的来分：一部分为以生活污水为主的污水处理厂尾水源，尤其是人湖地表水中氮、磷污染与工业污水处理(A，B，C)，一部分为流入太湖的地表水(D，E)，一部厂尾水排放氮、磷之间的关联，还缺乏一定的深度研分为工业园区集中污水处理厂尾水，其中工业园区究，尚未形成定论。笔者通过对比入湖地表水中氮、又以印染(F)和化工(G)为主，具体采样点布置如图第一作者：涂勇，男，1978年生，硕士，高级工程师，研究方向为污水治理工艺设计研发以及水污染控制科研。通讯作者。*国家水体污染控制与治理科技重大专项(No．2o12zx07101—003、No．2012ZX07301—005)。·8·\n涂勇等太湖上游流域地表水及污水处理厂尾水氯、磷污染特征分析注：”“一”表示未检出，下同。表2武宜运河与殷村港水质第2次采样分析”Table2SecondanalysisofwatersamplefromWuyiCanalandYincungangrivermg／L注；总氮一凯氏氮+硝态氮+亚硝态氮，凯氏氮一氨氮+有机氮，总磷=有机磷+缩合磷酸盐+正磷酸盐一有机磷+无机磷，无机磷=缩合磷酸盐+正磷酸盐；括号内数据为所占比例，；“×”表示数据偏差导致不能进行上述计算，下同。1所示。指标也均按照相应国标法进行检测。2结果与讨论2．1地表水2处地表水的水样分析结果见表1。针对地表水的氮、磷污染物进行单独采样和精细化分析，具体结果如表2所示。2处地表水水样的GC／MS检测结果见图2。根据以上实验结果，分析如下：图1采样点位置图Fig．1Mapofsamplingpoints(1)2次检测水质变化较大，尤其是氮浓度指A一南漕污水处理厂；B--周铁污水处理厂；C一和桥污水处标方面，表明地表水水质有一定的波动。理厂；D一殷村港；E一武宜运河；F一工业园区集中污水处理厂(印染为主)；G一工业园区集中污水处理厂(化工为主)(2)地表水水质基本可以达到V类水标准，但水样共采集2次，采样时间相隔1个月，均为平总氮有超标现象。其中，第1次采样分析表明武宜水期。水样采用有机玻璃采水器在水面下20cm处运河水样总氮质量浓度为2．93mg／L，超出V类水采集，所有水样带回实验室后存于4℃冰箱，48h47，殷村港水样总氮超标1倍以上。此外，地表水内分析测试完毕。无应急毒性。1．2分析方法(3)氮污染中，地表水中主要组成为氨氮和COD采用重铬酸钾法检测，毒性(以光损失数指(亚)硝态氮，有机氮浓度较低，在得出的检测数据示)采用deltaTOX~(美国SDI公司)应急毒性仪检中，武宜运河和殷村港水样的有机氮均在0．1～0．2测，总有机碳采用岛津TOC-V检测。有机污染物检mg／L，考虑到凯氏氮监测的实验误差，有机氮浓度测采用气相色谱／质谱联用(GC／MS)法，具体做法同可以忽略不计。《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)相关检测要(4)磷污染中，地表中水普遍含有机磷，但浓度求。总磷、正磷酸盐采用《钼锑抗分光光度法》(GB不高，均在0．1mg／L以下。因此，地表水磷污染的11893—89)规定的方法测定，而无机磷采用《海洋监测规范》(GB17378．4—2O07)规定的方法测定。总主要类别为有机磷，有机磷浓度平均占总磷浓度的氮、凯氏氮和氨氮采用GB11893—89和《水质铵的测5O以上，且武宜运河水样的正磷酸盐浓度较低，基定纳氏试剂比色法》(GB7479—87)规定的方法测本可以忽略不计。定。有机氮、有机磷浓度采用差减法计算得出。其余(5)有机污染物检测结果表明，地表水中所含·9‘\n环境污染与防治第36卷第3期2014年3月越憩保留时间／min(a)武宜运河越慧保留时间／min(b)殷村港图2武宜运河与殷村港水样GO／MS总离子流图Fig．2OC／MStotalionsmassspectrogramofwatersamplefromWuyiCanalandYincungangriver有机污染物类别不多，有乙苯、邻二甲苯、对二甲苯表3殷村港流域3座污水处理厂进、出水水质Table3Qualitiesofinfluentandeffluentfromthree等，浓度不高，主要为背景值，没有检测出含氮、磷的sewagetreatmentplantsaroundYincungangriver有机特征污染物。mg／L2．2生活污水处理厂监测点位COD氨氮总磷总氮3座污水处理厂分别处理南漕、周铁和和桥3镇的生活污水，同时兼顾镇区少量达标接管的工业废水，生活污水的处理量超过8O，接管废水主要为纺织印染废水。殷村港流域3座污水处理厂进、出水水质见表3。选择处理效果较好的和桥污水处理厂出水，单以实现《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业独采样进行氮、磷污染物的精细化分析，结果如表4主要水污染物排放限值》(DB32／1072-2007)，但所示。总氮达标不稳定，部分污水处理厂出水偶尔出现超和桥污水处理厂出水的GC／MS总离子流图见标，究其原因，与污水处理厂进水总氮负荷较高、污图3。水处理厂处理工艺设置存在弊端、缺乏高效的脱氮以上分析结果表明：能力有关。(1)以生活污水为主的污水处理厂进水COD、(2)生活污水处理厂尾水中，氮污染的主要组总磷浓度较低，但氨氮、总氮浓度较高。出水基本可成类别是氨氮和(亚)硝态氮，有机氮浓度不高。磷表4和桥污水处理厂出水第2次采样分析Table4SecondanalysisofwatersamplefromHeqiaosewagetreatmentplantmg／L·10·\n涂勇等太湖上游流域地表水及污水处理厂尾水氮、磷污染特征分析三氯乙烯越暖／∞H挖m三0氯6甲烷42氯溴甲烷乙苯l／．／／对二甲苯、一一一“～～^／邻二甲苯一⋯⋯⋯．⋯⋯～一一00保留时间／min图3和桥污水处理厂出水GC／MS总离子流图Fig．3GC／MStotalionsmassspectrogramofeffluentfromHeqiaosewagetreatmentplant表5工业园区集中污水处理厂尾水及排放水体第1次采样分析Table5Firstanalysisofwatersamplefromindustrialparkwastewatertreatmentplantanditsreceivingwater表6工业园区集中污水处理厂尾水及排放水体第2次采样分析Table6Secondanalysisofwatersamplefromindustrialparkwastewatertreatmentplantanditsreceivingwatermg／L污染中，由于污水处理厂设置的磷沉淀单元处理效少量化工废水(10左右)。园区集中污水处理厂均果不佳，磷污染主要为无机磷(正磷酸盐)。由于正采用接管标准限制来水水质。采样时，同时针对污磷酸盐较易沉淀，因此污水处理厂对磷的去除尚有水处理厂尾水的受纳水体进行水质监测。一定的提升空间。第2次水样的GC／MS分析如图4和图5所示。(3)生活污水处理厂排放的有机磷浓度与地表分析结果表明：水中有机磷浓度相近。(1)工业园区污水处理厂尾水常规指标难以实(4)GC／MS分析结果表明，生活污水处理厂尾现稳定达标，COD、总氮超标现象严重。其中化工水中特征有机物污染物种类较少，浓度不高，主要为园区还有总磷超标现象，尾水具有一定的应急毒性。背景值，未检出明显的含氮、磷有机特征污染物。(2)化工园区污水处理厂尾水中总氮和氨氮浓2．3工业园区集中污水处理厂度均较高，印染园区污水处理厂尾水中氨氮浓度不就近选择化工园区和印染园区各1座。其中化高，但总氮浓度偏高。化工园区尾水中存在较为明工园区污水处理厂经过综合预处理后，混合约5O显的有机氮和有机磷，这是由于化工废水中有机氮的生活污水进行后续处理。而印染园区来水中含有较难降解，且含有一定量的有机磷。相比于化工废\n环境污染与防治第36卷第3期2014年3月l50001Oo0O{挞醴瞪越骥50006428642咖咖咖咖咖啪咖0200O鳓一02．O03．O04．O05．O06．O07．O08．O09．O0l0．O0l1．00l2．00l3．o0l4．00l5．O0l6．O017．O0保留时间／min(a)化工园区尾水l5O00lO0(】o骥50oOO2．003．O04．O05．O06．007．O08．O09．O0l0．o0l1．00l2．O013．O0l4．O0l5．O016．O0l7．O0保留时间／min(b)受纳水体图4化工园区尾水及受纳水体水样GO／MS总离子流图Fig．4GC／MStotalionsmassspectrogramofsamplefromchemicalindustrialparkwastewatertreatmentplantanditsreceivingwater800o乙苯对二甲苯＼／邻二甲苯一——Jc：———．．—。——～——“一9．O010．0011．O0l2．0o13．O0l4．0o15．00l6．00l7．00保留时间／min(a)印染园区尾水＼／一．．尢二二．——～——止⋯—————一．．L4005．006．007．008．009．0010．00l】．00l2．00l3．0014．0015．00l6．00l700．保留时间／min(b)受纳水体图5印染园区尾水及受纳水体水样GO／MS总离子流图Fig．5GC／MStotalionsmassspectrogramofsamplefromtextileindustrialparkwastewatertreatmentplantanditsreceivingwater水，印染废水中有机氮浓度不高，所占比例也较低，机磷与正磷酸盐指标所占比例较高。而印染园区污园区污水处理厂尾水中氨氮和凯氏氮检测结果接水处理厂尾水中，磷污染的主要类别是有机磷，无机近。因此，化工园区污水处理厂尾水中的氮污染类磷基本得到去除，这与印染园区集中污水处理厂大别主要为氨氮，而印染园区污水处理厂尾水中氮污多设置混凝沉淀且运行效果较好有关。染类别主要为(亚)硝态氮。(4)从污染规律层面分析，尾水氮、磷浓度较高(3)化工园区污水处理厂尾水的磷污染中，有直接导致接纳水体的氮、磷浓度也相对较高。·12·\n涂勇等太湖上游流域地表水及污水处理厂尾水氮、磷污染特征分析(5)化工园区污水处理厂尾水中含有氨基吡啶重视。污水处理厂尾水和地表水中磷污染的主要类等多种含氮杂环类特征污染物，均属于难降解有机别是有机磷，所占比例为20．0～83．3(平均占污染物，这部分难降解有机含氮污染物直接体现在总磷浓度的50以上)，但浓度不高，平均在0．1有机氮指标中。此外，排放尾水中含氮有机物还会mg／L以上，对生态风险的负面影响不大。残留富集到受纳水体中，并影响受纳水体水质。而(3)工业园区集中污水处理厂尾水水质直接影印染园区污水处理厂尾水中含氮、磷特征有机污染响受纳水体水质。针对污水处理厂尾水中氮、磷的物未检出。去除，应强化污水处理厂的反硝化过程和混凝沉淀此外，污水处理厂尾水及地表水中有机磷由磷过程，而针对化工废水中难降解有机氮的处理，必须脂、磷酸糖类、磷酸酯和磷酸盐等组成[9]，浓度平衡在预处理阶段实施针对性的措施方能实现总氮的最大化去除。在0．1mg／L左右，应该是在污水处理过程中或地表水自净过程中由其他形式的磷转化而来(化工园参考文献：区集中污水处理厂除外)，并非来自含磷特征有机污[1]曾庆飞，谷孝鸿，周露洪，等．东太湖水质污染特征研究[J]．中染物。这部分有机磷对地表水中的生态均衡具有较国环境科学，2011，31(8)：1355—1360．大的意义，例如：这部分溶解态的磷是水体微囊藻优[2]吴丰昌，金相灿，张润宇，等．论有机氮磷在湖泊水环境中的作用和重要性[J]．湖泊科学，2010，22(1)：1-7．先摄取的磷形态，而在生长过程中微囊藻利用了大[3]成芳，凌去非，徐海军，等．太湖水质现状与主要污染物分析量的溶解态有机磷作为磷源加速生长，这一特点对[J]．上海海洋大学学报，2010，19(1)：105-110．[4]朱广伟．太湖水质的时空分异特征及其与水华的关系[J]．长江于微囊藻成为富营养化湖泊中的重要优势种具有极流域资源与环境，2009，18(5)：439-445．为重要的作用[1。因此，低浓度有机磷虽然是地表[5]李恒鹏，杨桂山，黄文钰，等．太湖上游地区面源污染氮素入湖量模拟研究[J]．土壤学报，2007，44(6)：1063-1069．水磷污染的主要类别，但其生态作用不可或缺。r6]T0WNSENDSA，MCCARTHYMJ，BRANDESJA，etaI．StableisotopiccompositionofnitrateinLakeTaihu，China，and2．4太湖流域上游点源污染控制的建议majorinflowrivers[J]．Hydrobiologia，2007，581(i)：135—14O．针对污水处理厂尾水和地表水的氮、磷污染特[7]WORSFOLDPJ，MONBETP，TAPPINAD，eta1．Character—izationandquantificationoforganicphosphorusandorganicni—征，对太湖流域上游点源污染控制，尤其是生活污水trogencomponentsinaquaticsystems：areview[J]．Analytica处理厂和工业园区集中污水处理厂的运行，提出如ChimicaActa，2008，624(1)：37-58．[8]金相灿，刘鸿亮，屠清瑛．中国湖泊富营养化[M1．北京：中国环下建议：境科学出版社，1990．(1)针对生活污水处理厂，应系统化进一步提[9]NANNYMA，MINEARRA．Characterizationofsolubleun—reactivephosphorususing。Pnuclearmagneticresonance高生化脱氮功能，同步提高硝化反硝化效率。spectr0scopy[J]．MarineGeology，1997，139(1)：77—94．(2)针对工业园区集中污水处理厂点源导致的[1O]沈宏，宋立荣，周培疆，等．有机磷农药对滇池微囊藻生长和摄磷效应的影响[J1．水生生物学报，2007，31(6)：863—868．氮、磷污染，应提高(亚)硝态氮的反硝化过程，以提升系统的脱氮效率，同时应强化正磷酸盐的沉淀处理。编辑：贺锋萍(修改稿收到日期：2013—07—19)(3)对于化工废水中有机氮的处理，常规生化(上接第7页)系统处理难度较大，效果不佳。应在分析这部分含[21]肖雷，姚菁华，陶秀祥，等．氧化亚铁硫杆菌培养条件的优化氮杂环类特征有机物来源和特性的基础上，实施有[J]．选煤技术，2008(5)：12-14．针对性的预处理工艺，以提高总氮去除效果。[22]李广悦，刘玉龙，王永东，等．一株氧化亚铁硫杆菌菌株的筛选及其生长特性的研究[J]．南华大学学报：自然科学版，2007，21(1)：7-13．3结论与展望[23]王雅琴，张翠茹，赵素合，等．氧化亚铁硫杆菌的筛选、生长特性及其橡胶再生研究[J]．环境工程学报，2010，4(3)：683—(1)目前太湖上游区域工业园区集中污水处理688．[24]苑璞，苑琳，邵静，等．氧化亚铁硫杆菌的分离及其培养条件优厂尾水仍不能稳定达标，具有一定的生态风险。部化[J]．生物技术，2010，20(2)：47-50．分地表水和生活污水处理厂尾水中总氮指标较高，[251刘清，徐伟昌，张宇．重金属离子对氧化亚铁硫杆菌活性的影响[J1．铀矿冶，2004，23(3)：155—157．不能稳定达到对应水质标准和排放标准。[261黄明．城市污水污泥中重金属的生物沥滤技术试验研究[DI．(2)工业园区集中污水处理厂尾水、生活污水重庆：重庆大学，2009．r27]GUGuohua，SUNXiaojun，HUJianhua．eta1．Electrochemi-处理厂尾水以及地表水中的氮污染类别主要为(亚)caloxidationbehaviorofpyritebioleachingbyAcidthiobacil—硝态氮，所占比例为37．29／6～84．0。化工园区集lusrrooxidans[J]．TransactionsofNonferrousMetalsSoci—etyofChina，2012，22(5)：1250-1254．中污水处理厂尾水中有机氮浓度较高，与废水中含氮杂环类有机污染物的处理效果不佳有关，应引起编辑：黄苇(修改稿收到日期：2013—10—10)·13·