尾水DON水體中遷移轉(zhuǎn)化特點分析

摘要：本文分析了污水處理廠中DON組成及其來源，以及遷移轉(zhuǎn)化的特點和規(guī)律，對熟練掌握水體DON測定方法，研究污水處理廠尾水中DON遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律等積極現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：溶解性有機氮;遷移規(guī)律;測定方法;水體

概述

據(jù)統(tǒng)計，截至2019年底，我國污水處理廠9213座，污水處理產(chǎn)能達(dá)22846萬噸。近年來，隨著我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，污水處理廠的陸續(xù)興建，污水處理廠出水中的一部分溶解性有機氮隨著尾水排出，雖然DON濃度不高，但作為含氮消毒副產(chǎn)物的前體物。DON在水體中遷移會生成NDMA等消毒副產(chǎn)物，會給周邊水體安全產(chǎn)生威脅。DON部分會被水體中的藻類植物根系吸收，進(jìn)一步刺激藻類植物生長，使水體中的藻類植物大量繁殖，加快水體富營養(yǎng)化，過量消耗水體氧氣，威脅水體中生物安全。因此，積極探討DON在水體中的遷移轉(zhuǎn)化特點，并熟練掌握水體DON測定方法，具有積極的現(xiàn)實意義。

1DON組成及其來源

污水處理廠尾水排放中的溶解性有機氮主要來自污水處理廠在污水處理過程處理生物時所產(chǎn)生，主要包括原水中無法被生物處理去除的溶解性有機氮，以及被生物分解但尚未完全去除的溶解性有機氮兩大部分。通常，尾水排放后的水體中的溶解性有機氮的含量超過其上游水體中的2-3倍，可見，水體中的大部分溶解性有機氮來自污水處理廠的尾水排放。且，一般污水處理廠的二級出水溶解性有機氮含量濃度要高于一級出水，因此，污水處理廠的二級生物處理也會產(chǎn)生溶解性有機氮。綜上，污水處理廠在其生物處理過程中，以及進(jìn)水環(huán)節(jié)產(chǎn)生，其中，生物處理過程中產(chǎn)生的DON多為難降解的溶解性有機氮，而進(jìn)水流入的多為易被生物利用的溶解性有機氮。

水中溶解性有機物中的0.5%-15%左右為溶解性有機氮，主要包括含氮官能團系列分子親水性化合物。通過尾水中的水質(zhì)分析，其溶解性有機物的組分種類多樣，主要包括氨基酸，游離氨基酸、結(jié)合氨基酸，且都較易溶于水。其中，結(jié)合氨基酸約占尾水中溶解性有機氮的0.5-15%，而游離氨基酸則約占尾水中溶解性有機氮的0.05%-5%?？梢?，溶解性有機氮中的結(jié)合氨基酸比重明顯高于游離氨基酸。此外，通過污水處理廠出水水質(zhì)監(jiān)測，結(jié)合氨基酸與游離氨基酸約占出水溶解性有機氮的10%-20%，70%左右則難以通過直接分析法確定?？梢?，通過測定尾水中的游離氨基酸、結(jié)合氨基酸、螯合劑或小分子岸等形式，間接測定出溶解性有機氮的含量，剩余的DON則由親水的，通過超濾膜（1KDa）小分子化合物組成。

2污水中DON遷移轉(zhuǎn)化特點

2.1濃度變化。19世紀(jì)下半葉，由研究發(fā)現(xiàn)了污水處理中的有機化合物，且具有影響溶解氧的能力，并可能存在水生生物毒性，尾水中的氮、磷元素可能會加速水體富營養(yǎng)化。進(jìn)一步研究表明，在大多數(shù)的污水處理廠的污水排放中，90%左右的溶解性有機氮被去除，二級處理尾水中的溶解性有機氮濃度多為60μm-400μm的氮。研究發(fā)現(xiàn)，<1.8超濾膜的溶解性有機氮的濃度在污水處理廠的活性污泥處理中會減少，>1.8超濾膜的溶解性有機氮的濃度稍有增加。就其原因，主要是與小分子多肽、自由氨基酸等易被吸收有關(guān)?？梢?，絕大部分的小分子溶解性有機氮在污水生物處理中被去除，但一些難降解的大分子溶解性有機氮難降解。60%左右的可生物降解性COD轉(zhuǎn)化為污水處理廠中的出水溶解性有機氮，且這一部分溶解性有機氮也是在污水處理環(huán)節(jié)中生物難去除的部分。在生物處理過程中微生物會分泌與基質(zhì)合成、生長所需的相關(guān)溶解性代謝物。因此，污水處理廠中難降解溶解性有機氮的主要來源為二級出水。

2.2分子量分布及親疏水性比例。通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，溶解性有機氮的平均分子量要高于溶解性有機物，污水中的小分子化合物約占污水中溶解性有機氮的50%-70%。通過將污水處理廠尾水一系列超濾膜處理測定發(fā)現(xiàn)，85%±5%左右的溶解性有機氮的分子量<10kDa，約有65%±25%左右的溶解性有機氮的分子量<1kDa。經(jīng)過固相萃取技術(shù)應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，未探明的70%左右的溶解性有機氮大多具有親水性。這一特點也表明，有機污染物在污水中被去除機理相一致。即，疏水性污染物在污水廠的出水中占溶解性有機氮的比例均值為6%±5%，而在污水處理廠的二級生物處理中因活性污泥表面吸附而易被去除?？梢?，在污水處理廠排放的尾水中，由一系列有機粒子表面親和力極小的親水性化合物組成的惰性溶解性有機氮難以被去除。

2.3DON生物利用性。有通過污水處理廠出水的溶解性有機氮研究發(fā)現(xiàn)，約有10%的惰性溶解性有機氮來源于飲用水源。其他約90%左右的惰性溶解性有機氮則來源于污水處理廠中的生物處理過程中微生物的代謝產(chǎn)生，且這一部分的溶解性有機氮大多能被生物所分解和利用。也有研究表明，溶解性有機氮的生物利用效率受細(xì)菌與藻類共存影響，主要表現(xiàn)在：僅有藻類物時，約有10%左右的溶解性有機氮被利用，當(dāng)藻類與細(xì)菌共存時，溶解性有機氮被利用的比例則從10%增長至60%。污水處理廠出水中的約25%-60%溶解性有機氮能夠被生物利用、分解，且，在沒有硝酸鹽水樣中，溶解性有機氮的分解、利用比例更高。

2.4DON控制措施。污水處理廠污水處理過程中，經(jīng)過初沉池沉淀吸附、二沉池生物降解會去除大多數(shù)溶解性有機氮。剩余的溶解性有機氮則屬于難去除物，對于這一部分難去除物，通常會選用活性炭吸附、臭氧氧化以及離子交換和化學(xué)沉淀預(yù)處理等方式，去除污水處理廠二級出水中的溶解性有機氮。研究發(fā)現(xiàn)，>50%左右的有機氮能夠被15g/L-50g/L活性炭去除，可見污水處理廠尾水中的溶解性有機氮具有的親水性優(yōu)于其他有機物。臭氧/生物活性炭深度處理技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)60%的去除效果。此外，作為氧化劑的雙氧水、高錳酸鉀、氯氣化學(xué)氧化法也可有效去除溶解性有機氮。

3結(jié)語

近年來，隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程加快，污水產(chǎn)生量與日俱增，大量城鎮(zhèn)污水處理廠的興建有力解決了污水難題，但尾水排放中的總氮濃度削減成為研究的重點。針對污水處理中溶解性有機氮的遷移特點和規(guī)律的研究，為進(jìn)一步提升污水處理質(zhì)量和效果提供了有益探索。未來，尚需研究和重點解決的1）溶解性有機氮生態(tài)毒性研究。尾水中溶解性有機氮在地表水環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，以及溶解性有機氮對受納水體生態(tài)影響。2）注重溶解性有機氮漸變準(zhǔn)確測定，以及控制削減新措施、新方法研究。

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作者簡介：陳坤嬌，1983年11月出生，女，碩士研究生，漢族，湖北隨州人，主要從事水環(huán)境研究。