氨氮对水体危害复杂广泛 如何有效减排氨氮? 当前位置:首页 >  氨氮废水
 

    氨氮对水体的危害比其他形态的氮更复杂、更广泛、更持久。实施氨氮减排不应仅停留在氨氮浓度的减少上,要从长远考虑,把氨氮减排的效果体现在水环境质量的全面改善上。要制定和完善总氮控制标准,湖泊流域范围内要考虑氮磷综合控制,同时加强控制农业面源污染,改造城市污水管网,充分发挥已有的污染治理设施效用。

    水体中适量的氮是合成藻类等微生物的基本元素,是形成水生生态环境重要的物质条件,也是水环境良性循环的基础。但目前我国一些水体中氮的总量已超过水体容量,过量的氮元素导致水体藻类等生物异常增殖,引起水质恶化。同时,氨氮和亚硝酸盐氮对鱼类等生物有毒害。由于水体中氮素的各存在方式在一定条件下会循环转化,如何控制水体中氮的污染,优先控制哪种形态的氮,就成为目前和整个“十二五”减排过程都必须面对的话题。

    氨氮对水体危害更复杂、更广泛、更持久
    氨氮的污染危害包括:给饮用水安全带来威胁,对鱼类等水体动物带来危害,造成富营养化,使湖泊生态系统恶性循环。
    水体中的氮素包括有机氮和无机氮,两者之和称为总氮。有机氮包括蛋白质、氨基酸、尿素、胺类化合物和硝基化合物等。无机氮包括3种主要形态,即“三氮”,包括氨态氮(NH3-N)、亚硝酸盐氮(NO2-N)和硝酸盐氮(NO3-N)。由于氨氮是氮循环的核心和首要环节,“三氮”污染的共性在氨氮的硝化和利用过程中首先得到体现。同时,由于氨氮一般要经过硝酸盐氮或亚硝酸盐氮才能转化为无害的氮气,所以后者的污染危害大部分也是由前者转化而来。

    除此之外,氨氮的污染危害还有:一、给饮用水安全带来威胁。目前国内制水工艺中大部分的做法是投加氯气氧化去除氨氮,当原水中氨氮特别是NH3含量过高时,为了达到出水余氯和表面上除氨氮的效果,就需要投加过量的氯气,正常情况下通常氯气的投加量为1~2mg/L,当有NH3存在时,比如氨氮含量为2mg/L时,则需要额外投加氯气14~20mg/L。这样不仅造成大量氯气的浪费,更严重的是,投加的大量氯气和原水中的腐殖质反应,产生的挥发性三卤甲烷是致癌物质,而目前自来水厂尚无去除三卤甲烷的有效方法。另外,水体中氨氮浓度过高时水体呈碱性,会导致絮凝剂失效,无法正常产水。二、对鱼类等水体动物带来危害。养殖水域中分子氨浓度允许的最高值仅为0.1mg/L,而分子氨高于0.2~1mg/L时,就对大多数鱼类产生危害。分子氨渗进鱼体内,使鱼类的呼吸机能下降,损害神经系统,引起体表及内脏充血以致死亡。即使是低浓度的氨,长期接触也会损害鱼类的鳃组织,出现鳃小片弯曲、粘连或融合现象。三、造成富营养化,使湖泊生态系统恶性循环。由于湖泊是相对封闭的生态系统,沉积底泥量较河流大,氨氮氧化消耗溶解氧,或者藻类暴发致使水体缺氧时,均易导致底泥厌氧发酵,会再次产生氨氮,使湖泊的生态系统进入恶性循环。

    从形成水体富营养化的角度来看,过量的氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮都是导致水体藻类和微生物异常增殖的重要因素。尤其是湖泊的污染,其主要污染考核指标即包括总氮。从污染物对水体的毒性来看,硝酸盐氮和亚硝酸盐氮在一定条件下对水生生物和人体有毒害作用。但比较而言,氨氮对水体的危害比其他形态的氮更复杂、更广泛、更持久。

    氨氮减排是控制氮素污染的核心环节
    实施氨氮减排不应仅停留在氨氮浓度的减少上,要从长远考虑,把氨氮减排效果体现在水环境质量的全面改善上。
    根据中国环境状况公报,“十五”末的2005年,长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河七大水系Ⅳ~Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面比例为59%,主要污染指标为氨氮、高锰酸盐指数、5日生化需氧量和石油类。28个国控重点湖泊(水库)中,劣于Ⅲ类水标准的有20个,占71%,主要污染指标为总氮和总磷。
综上所述,要全面控制氮素对水环境的污染,就需要对总氮的污染综合考虑,统筹监管,但应优先考虑控制氨氮。无论是水体“脱氮”反应,还是藻类和微生物的生物固氮作用,氨氮都是有机氮和无机氮相互转化必经的一种形态。从“三氮”的污染毒性来看,氨氮对水体的危害比其他形态的氮更复杂、更广泛、更持久。从全国河流污染现状来看,“十五”末到“十一五”末,氨氮都是河流重要的污染物。从水体和污水中各形态氮的比例来看,氨氮的比例很高,也是应该首先控制的因素。因此,控制氨氮排放总量,实行氨氮减排是控制氮素污染最核心的环节。

    研究表明,把氨氮作为控制氮污染的核心环节,是氮自身循环转化、污染和毒害影响的内在要求;实施氨氮减排,是国家考核指标体系、治理技术、资金投入以及氮污染现状的现实要求。现阶段实施氨氮减排是控制氮污染的必然选择。但是,无论是为了实现改善水环境的最终目标,还是为了满足水体氮循环转化的内在需求,实施氨氮减排都不应仅停留在氨氮浓度的减少上,要从长远考虑,从氨氮减排对总氮的贡献和对水环境的实际改善效果上下功夫。在控制指标上,不能只关心氨氮减排,还要关注总氮和磷的控制;在排放监管上,不能只关心排放浓度,还要关注收纳水体;在制定标准上,不能实施“一刀切”,还要因地制宜;在具体减排项目上,不能只重视氨氮排放的“大户”,还要同步重视农业源等总氮排放的“重头”;在落实措施上,不能只关注工程项目,还要同步关注管网改造和管理措施。总之,要在氨氮减排实施的过程中,为将来控制总氮做好准备,把氨氮减排效果体现在水环境质量的全面改善上。

    切实做好氨氮减排需要一定基础和措施
    要制定和完善总氮控制标准,加严氨氮排放标准不宜“一刀切”,湖泊流域范围内还要考虑氮磷综合控制,加强控制农业面源污染。
    要切实做好氨氮减排,需要一定的可监测、可统计、可考核的基础和可操作的措施。对此,笔者提出以下建议:
    制定和完善总氮控制标准。国家城市给水排水工程技术研究中心总工郑兴灿教授认为,《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中有关总氮和氨氮的指标在逻辑上不符合。首先,总氮应包含有机氮、氨氮和硝态氮3个部分,但在标准中,总氮、氨氮和硝酸盐氮的标准值之间找不到平衡关系,Ⅱ类~Ⅴ类水体氨氮与总氮标准值(湖库)都是相等的,这是否可以理解为所有湖库水体的硝态氮限值为0呢?其次,标准中总氮仅作为湖库的水质评价指标,不作为河流水体的评价指标,这是否说明河流水体中的总氮浓度不受限制呢?也就是说湖库的硝态氮限值为0,河流水体的硝态氮没有任何限值,这样的差别实在是太大了。如果真是这样的话,由于湖库水体的补水基本上都是来自河流水体的,那湖库的总氮限值又如何保障呢?因此,建议在水环境质量标准中增加河流总氮指标,开展河流的总氮监测,将其逐步纳入河流断面的水质考核。

   从水体氮循环的角度来看,有机氮基本上都是可以氨化的。如果只考虑企业排放污水中的氨氮,对于有机氮浓度较高、氨氮浓度较低的“达标”企业来说,有机氮进入河流后会逐渐被氨化,那么转化成的氨氮污染又由谁来处理?因此,建议在相关污染物排放标准中增加总氮指标,作为企业达标排放的控制要求。
加严氨氮排放标准不宜“一刀切”。许多专家提出,“十二五”氨氮减排的重要措施是加严氨氮排放标准。根据《关于太湖流域执行国家排放标准水污染物特别排放限值时间的公告》(2008年第28号),自2008年9月1日起,太湖流域13类工业企业执行新的排放标准,一些氨氮排放标准只有原先《污水综合排放标准》一级标准的20%,如《合成革与人造革工业污染物排放标准》(GB21902-2008)中,在国家或省划定的生态环境脆弱地区执行标准为氨氮3mg/L、总氮15mg/L,而污水综合排放一级标准氨氮执行的是15mg/L。太湖地区的标准是国家根据太湖富营养化程度以及这一地区的经济水平决定的,对太湖水体富营养化的控制起到了积极作用,但也付出了高昂的代价,仅江苏一个省就要投入27亿元以上。这样的标准是否适合在全国大部分地区推广,值得慎重考虑。中国人民大学环境学院副院长王洪臣教授提出,标准应该不应该分类制定?是按流域分还是按行政区域分?如果按行政区域来分类,可能一个省里不同的流域也要有不同的标准;如果按照流域来分,那么制定标准的主体应该是谁?这些都是很现实的问题。

    根据“十一五”化学需氧量减排的经验,全国污水处理厂基本执行统一的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B或A标准,对北方污水处理厂来说,进水浓度高,达标困难;对南方污水处理厂来说,本身进水浓度就很低,有的已经接近于排放标准,建设费用很不经济。因此,制定新的排放标准和减排目标不宜全国实行一个标准“一刀切”。在根据环境容量制定减排目标机制尚不成熟的基础上,建议在部分地区借鉴国外的一些经验实施“十二五”氨氮减排。如美国采取的对“污染物在满足水质标准的条件下水体能够接受的最大日负荷量(简称TMDL)”进行控制,根据具体纳污水体环境质量状况,阶段性地提出对点源和非点源污染的控制目标。

    湖泊流域范围内还要考虑氮磷综合控制。郑兴灿教授认为,就水体富营养化的氮磷控制来说,陆地浅水型湖泊水体蓝、绿藻暴发的主要限制因素是磷酸盐,而不是“三氮”。只有在水体磷浓度较高的情况下,总氮才会成为藻类严重暴发的重要影响因素。因此,磷的排放控制应该同时考虑,某些情况下甚至应放在首位。其次是BOD和氨氮等耗氧性污染物的进一步控制。在水体总磷浓度不能达到很低(0.01~0.02mg/L)的情况下,总氮的控制可以分阶段实施。除磷与脱氮的顺序应该怎样选择?北京市市政工程设计研究总院总工程师李艺认为应先除磷,后脱氮。因为现在去除磷的技术比较便宜,去除总氮的技术投资大,运行受影响也大。对北方来说,氮磷两个指标达到一定比例的时候才会发生水华,但是若其中一个很低,另一个很高,就不会发生水华。也就是说,当氮磷不成比例的时候,比如磷很低的时候,不会在富营养化方面对水体造成严重影响。所以,考虑经济因素,应当首先除磷。在我国很多湖泊流域内早就开始对磷的污染提出控制,但主要是采取洗衣粉禁磷或实施污水处理厂除磷等点源控制措施。根据欧洲经验,洗衣粉中的磷含量仅占流入地表水体总磷负荷的11%,其余分别来自人体排泄物和有机生活废料(23%)、农业面源(49%)、工业排放(7%)和岩石侵蚀(10%)。这就是为什么太湖地区和滇池地区上世纪90年代末就实行了洗衣粉禁磷措施,但仍没有使湖泊水体富营养化有明显好转的原因。因此,在湖泊流域范围内开展氨氮减排的时候,建议考虑同步除磷,而且要全面控制磷污染,确保在氨氮污染排放得到控制的基础上,更少地发生藻类暴发等湖泊污染事件。

    控制农业面源污染是当务之急。在实施氨氮减排的过程中,要高度重视农业面源污染的控制。根据2007年全国污染源普查统计结果,虽然农业面源氨氮为31.4万吨,只占全部氨氮排放量172.91万吨的18.2%,但农业源总氮排放量为270.46万吨,占全国总氮排放量472.89万吨的57.2%。如果不考虑农业氨氮的减排,即使所有行业氨氮排放都达到10%的减排目标,对全部氨氮减排的贡献率也只有8%,对总氮减排贡献率只有3%。即使包括农业源在内氨氮排放都达到10%的减排目标,对全部总氮减排的贡献率也只有3.6%。如果考虑部分氨氮减排的假象,即排放的污水中氨氮浓度下降了,但只是转化为硝态氮而未真正从水体中去除氮等因素的影响,这对通过氨氮减排来改善水环境的目标又打了一个大折扣。因此,不对农业面源污染采取控制措施,纯粹的氨氮减排对水体富营养化程度的改善究竟能产生多少效果,实在很难预测。同时,农业面源污染也是总磷的贡献“大户”。欧洲国家农业面源对水体磷的贡献率为49%,我国2007年污普调查数据,总磷排放量28.47万吨,占排放总量42.32万吨的67.4%,不控制农业面源污染就难以控制总磷对水体富营养化的影响。农业源总氮排放中,种植业排放量为159.78万吨,占农业源排放量的59%,畜禽养殖业为102.48万吨,占38%。因此,控制农业面源污染,既要解决畜禽养殖污染问题,也要解决种植业面源污染问题。

    加快城市污水管网改造进度,充分发挥已有的污染治理设施效用。截至2010年底,我国县城以上污水处理厂处理能力已达到1.25亿立方米/日,较“十五”末增加1.2倍,这也是到目前为止世界上所有国家污水处理能力增长的最快速度,水量负荷率接近80%,但实际污染物负荷率低于60%。核心的影响因素就是城市污水管网改造进度滞后,严重影响了化学需氧量减排的效率,也必将影响氨氮减排的效率。西方发达国家污水处理厂的进水化学需氧量在400mg/L以上,最高的超过600mg/L,而我国污水处理厂进水化学需氧量平均不足300mg/L,很多城市不足200mg/L,进水氨氮也相应较低。上海市是全国污水处理率较高的城市,根据上海市排水部门预测,至“十二五”末,上海新增污水处理能力110万立方米/日,污水处理总规模达800万立方米/日左右,全市城镇污水处理率才达到85%以上。而全国其他绝大部分城市污水处理率要远低于80%。

    不仅如此,由于雨污分流率低,工业废水单独处理后排放比例不高,对氨氮的减排还将带来一系列影响,如工业废水中的有毒物质抑制硝化细菌的增殖,降低氨氮去除率;在南方部分地区污水碱度不足影响氨氮去除;进水化学需氧量浓度低,引起脱氮的碳源不足等。根据2007年全国污染源普查数据,当年处理污水总量210.31亿吨,削减氨氮37.62万吨,排放氨氮18万吨。当时的污染物负荷率还不足60%,已有近2/3的氨氮由污水处理厂去除,如果把其余的40%污染负荷用足,能实现的减排量将不低于20万吨,如果不考虑动态增加量,这一数字已超过“十二五”氨氮10%的减排目标,而且对化学需氧量也会带来同样的减排效应。因此,通过改造城市污水管网,充分发挥已有的污染治理设施效用,可以大幅度减排。实践表明,江苏省把“先优化运行,后工程措施”作为太湖流域城镇污水处理厂提标改造的一条重要技术原则是有其现实意义的。

    采取更加科学的减排核查办法。和化学需氧量相比,要保障氨氮排放稳定达标,对污水处理厂提出了更高的要求。受天气温度、进水水质、污泥生长周期等因素影响,氨氮出水浓度波动较大,而氨氮在标准以内排放允许的变动幅度有限,特别是在为提升氨氮减排空间提高标准之后,更容易出现部分时段超标的情况。因此,要对氨氮减排效果进行认可,核查、核算氨氮实际减排量,需要更精细、更科学、更实事求是的方法。如监测采样,要规范监督检查的采样办法,要按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)规定的每两小时一次,取24小时混合样,以日为均值计;春秋两季气温变化大时,对在12℃附近波动的情况要单独考虑。要充分发挥污染源在线自动监控的作用,确保在线监测数据有效,并继续将其作为减排核查、核算的重要依据。要规范对纳管企业的监管,“十一五”期间,一些企业纳管排放后不管污水处理厂是否安全运行,超标偷排高浓度废水。“十二五”实行氨氮减排,对污水排入污水处理厂的企业要严格监管,对企业和污水处理厂商定的排放协议要严格备案审查,对废水排放的氨氮浓度要严格监测,对企业总氮及其可生化情况也要严格监管,确保污水处理厂安全稳定运行。 (作者朱风松 单位:环境保护部华东环境保护督查中心)