尾水DON水体中迁移转化特点分析

摘要：本文分析了污水处理厂中DON组成及其来源，以及迁移转化的特点和规律，对熟练掌握水体DON测定方法，研究污水处理厂尾水中DON迁移转化规律等积极现实意义。

关键词：溶解性有机氮;迁移规律;测定方法;水体

概述

据统计，截至2019年底，我国污水处理厂9213座，污水处理产能达22846万吨。近年来，随着我国环保事业的发展，污水处理厂的陆续兴建，污水处理厂出水中的一部分溶解性有机氮随着尾水排出，虽然DON浓度不高，但作为含氮消毒副产物的前体物。DON在水体中迁移会生成NDMA等消毒副产物，会给周边水体安全产生威胁。DON部分会被水体中的藻类植物根系吸收，进一步刺激藻类植物生长，使水体中的藻类植物大量繁殖，加快水体富营养化，过量消耗水体氧气，威胁水体中生物安全。因此，积极探讨DON在水体中的迁移转化特点，并熟练掌握水体DON测定方法，具有积极的现实意义。

1DON组成及其来源

污水处理厂尾水排放中的溶解性有机氮主要来自污水处理厂在污水处理过程处理生物时所产生，主要包括原水中无法被生物处理去除的溶解性有机氮，以及被生物分解但尚未完全去除的溶解性有机氮两大部分。通常，尾水排放后的水体中的溶解性有机氮的含量超过其上游水体中的2-3倍，可见，水体中的大部分溶解性有机氮来自污水处理厂的尾水排放。且，一般污水处理厂的二级出水溶解性有机氮含量浓度要高于一级出水，因此，污水处理厂的二级生物处理也会产生溶解性有机氮。综上，污水处理厂在其生物处理过程中，以及进水环节产生，其中，生物处理过程中产生的DON多为难降解的溶解性有机氮，而进水流入的多为易被生物利用的溶解性有机氮。

水中溶解性有机物中的0.5%-15%左右为溶解性有机氮，主要包括含氮官能团系列分子亲水性化合物。通过尾水中的水质分析，其溶解性有机物的组分种类多样，主要包括氨基酸，游离氨基酸、结合氨基酸，且都较易溶于水。其中，结合氨基酸约占尾水中溶解性有机氮的0.5-15%，而游离氨基酸则约占尾水中溶解性有机氮的0.05%-5%。可见，溶解性有机氮中的结合氨基酸比重明显高于游离氨基酸。此外，通过污水处理厂出水水质监测，结合氨基酸与游离氨基酸约占出水溶解性有机氮的10%-20%，70%左右则难以通过直接分析法确定。可见，通过测定尾水中的游离氨基酸、结合氨基酸、螯合剂或小分子岸等形式，间接测定出溶解性有机氮的含量，剩余的DON则由亲水的，通过超滤膜（1KDa）小分子化合物组成。

2污水中DON迁移转化特点

2.1浓度变化。19世纪下半叶，由研究发现了污水处理中的有机化合物，且具有影响溶解氧的能力，并可能存在水生生物毒性，尾水中的氮、磷元素可能会加速水体富营养化。进一步研究表明，在大多数的污水处理厂的污水排放中，90%左右的溶解性有机氮被去除，二级处理尾水中的溶解性有机氮浓度多为60μm-400μm的氮。研究发现，<1.8超滤膜的溶解性有机氮的浓度在污水处理厂的活性污泥处理中会减少，>1.8超滤膜的溶解性有机氮的浓度稍有增加。就其原因，主要是与小分子多肽、自由氨基酸等易被吸收有关。可见，绝大部分的小分子溶解性有机氮在污水生物处理中被去除，但一些難降解的大分子溶解性有机氮难降解。60%左右的可生物降解性COD转化为污水处理厂中的出水溶解性有机氮，且这一部分溶解性有机氮也是在污水处理环节中生物难去除的部分。在生物处理过程中微生物会分泌与基质合成、生长所需的相关溶解性代谢物。因此，污水处理厂中难降解溶解性有机氮的主要来源为二级出水。

2.2分子量分布及亲疏水性比例。通过实验研究发现，溶解性有机氮的平均分子量要高于溶解性有机物，污水中的小分子化合物约占污水中溶解性有机氮的50%-70%。通过将污水处理厂尾水一系列超滤膜处理测定发现，85%±5%左右的溶解性有机氮的分子量<10kDa，约有65%±25%左右的溶解性有机氮的分子量<1kDa。经过固相萃取技术应用发现，未探明的70%左右的溶解性有机氮大多具有亲水性。这一特点也表明，有机污染物在污水中被去除机理相一致。即，疏水性污染物在污水厂的出水中占溶解性有机氮的比例均值为6%±5%，而在污水处理厂的二级生物处理中因活性污泥表面吸附而易被去除。可见，在污水处理厂排放的尾水中，由一系列有机粒子表面亲和力极小的亲水性化合物组成的惰性溶解性有机氮难以被去除。

2.3DON生物利用性。有通过污水处理厂出水的溶解性有机氮研究发现，约有10%的惰性溶解性有机氮来源于饮用水源。其他约90%左右的惰性溶解性有机氮则来源于污水处理厂中的生物处理过程中微生物的代谢产生，且这一部分的溶解性有机氮大多能被生物所分解和利用。也有研究表明，溶解性有机氮的生物利用效率受细菌与藻类共存影响，主要表现在：仅有藻类物时，约有10%左右的溶解性有机氮被利用，当藻类与细菌共存时，溶解性有机氮被利用的比例则从10%增长至60%。污水处理厂出水中的约25%-60%溶解性有机氮能够被生物利用、分解，且，在没有硝酸盐水样中，溶解性有机氮的分解、利用比例更高。

2.4DON控制措施。污水处理厂污水处理过程中，经过初沉池沉淀吸附、二沉池生物降解会去除大多数溶解性有机氮。剩余的溶解性有机氮则属于难去除物，对于这一部分难去除物，通常会选用活性炭吸附、臭氧氧化以及离子交换和化学沉淀预处理等方式，去除污水处理厂二级出水中的溶解性有机氮。研究发现，>50%左右的有机氮能够被15g/L-50g/L活性炭去除，可见污水处理厂尾水中的溶解性有机氮具有的亲水性优于其他有机物。臭氧/生物活性炭深度处理技术能够实现60%的去除效果。此外，作为氧化剂的双氧水、高锰酸钾、氯气化学氧化法也可有效去除溶解性有机氮。

3结语

近年来，随着工业化、城市化进程加快，污水产生量与日俱增，大量城镇污水处理厂的兴建有力解决了污水难题，但尾水排放中的总氮浓度削减成为研究的重点。针对污水处理中溶解性有机氮的迁移特点和规律的研究，为进一步提升污水处理质量和效果提供了有益探索。未来，尚需研究和重点解决的1）溶解性有机氮生态毒性研究。尾水中溶解性有机氮在地表水环境中迁移转化规律，以及溶解性有机氮对受纳水体生态影响。2）注重溶解性有机氮渐变准确测定，以及控制削减新措施、新方法研究。

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作者简介：陈坤娇，1983年11月出生，女，硕士研究生，汉族，湖北随州人，主要从事水环境研究。