厭氧氨氧化應(yīng)用的研究

厲 巍 李 靜 李 龍

厭氧氨氧化應(yīng)用的研究

厲 巍 李 靜 李 龍

厭氧氨氧化的發(fā)現(xiàn)為在廢水處理中實現(xiàn)高效、低耗、可持續(xù)性的脫氮奠定了堅實的基礎(chǔ)。因此，該技術(shù)的研究也成為近幾年水處理方向的熱點。擬從厭氧氨氧化的發(fā)現(xiàn)及反應(yīng)原理入手，綜述了厭氧氨氧化的應(yīng)用方面的研究進(jìn)展，并介紹了工藝存在的問題和相應(yīng)的對策。

厭氧氨氧化; 應(yīng)用; 問題和對策

隨著低碳觀念的深入人心，未來的城市生活污水將向低碳源高氨氮的方向變化。這對傳統(tǒng)的水處理將是一種挑戰(zhàn)，碳源不足必將成為最主要的問題，而這方面的研究也將隨之成為水處理的熱點。厭氧氨氧化的發(fā)現(xiàn)可以說是目前最有前途的一種脫氮途徑。在這一過程中，氨與亞硝酸鹽直接反應(yīng)生成氮氣，氨作為電子供體，亞硝酸鹽作為電子受體。而且厭氧氨氧化是自養(yǎng)的微生物過程，不需外加碳源，污泥產(chǎn)率低。與部分硝化工藝相結(jié)合，更能減少需氧量50%—60%。這種可持續(xù)污水處理技術(shù)引起了許多學(xué)者的研究興趣。

1 厭氧氨氧化的概述

1990年,Mulder等人在反硝化流化床研究中觀察到氨的消失,并計算出氨去除速率最大可達(dá)到0.4kgN/m3·d,還發(fā)現(xiàn)隨著氨的轉(zhuǎn)化,硝酸根逐漸消失,并伴有氣體產(chǎn)生。因此,他們猜測在厭氧條件下,反應(yīng)器內(nèi)可能存在以硝酸根為電子受體的氨的氧化反應(yīng)。隨后,他們進(jìn)行了一系列的深入研究,證明了在氨轉(zhuǎn)化過程中此假定的存在,并起名為厭氧氨氧化(Anaerobic Ammonia Oxidation,ANAMMOX)[1]。1997年,van de Graaf等人用15N標(biāo)記NH4+的試驗發(fā)現(xiàn):ANAMMOX反應(yīng)中生成高達(dá)98.2%的N2是14N和15N,僅1.7%的N2是15N[2]。這表明,ANAMMOX的代謝途徑更可能為:圖1

圖1 Anammox的可能代謝途徑

2 厭氧氨氧化的應(yīng)用

任何一種工藝或技術(shù)的發(fā)展，其最終目的,必定是要運(yùn)用到解決實際問題上來,ANAMMOX也不例外。盧俊平等[3]用亞硝化-厭氧氨氧化組合工藝處理高氨氮模擬廢水，NH3-N和TN的平均去除率分別達(dá)96%和76.1%。研究表明，系統(tǒng)的處理效果直接受限于亞硝化反應(yīng)器出水NH3-N和NO2-N的濃度比。有機(jī)物雖然在一定程度上降低厭氧氨氧化的生物脫氮效率，但是在高氨氮、低碳氮比的水質(zhì)條件下并不會對厭氧氨氧化菌的活性及工藝的脫氮性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

由于厭氧氨氧化技術(shù)適合于處理碳氮比較低的廢水,目前的研究對象主要有豬糞廢水，消化污泥上清液、垃圾滲濾液等。

厭氧氨氧化技術(shù)適合于處理低碳源的廢水,目前的研究對象主要為豬糞廢水，消化污泥上清液、垃圾滲濾液等。YAMAMOTO等[4]用ANAMMOX工藝處理豬糞廢水, 其后運(yùn)行的70 d進(jìn)水轉(zhuǎn)為連續(xù)流方式,維持NLR為0.22 kg/(m3·d),結(jié)果表明脫氮效果良好,厭氧氨氧化菌由紅色變?yōu)榛液谏?NO2-N消耗量和NO3-N的生成量同時下降,厭氧氨氧化反應(yīng)比率(即NH4+-N消耗量∶NO2-N消耗量∶NO3-N生成量)為1.00∶1.67∶0.53,與之前報道的不同(1.00∶1.32∶0.26)。在氮負(fù)荷為1.0 kg/(m3·d)時,運(yùn)行120 d后取得了穩(wěn)定的部分亞硝化效果,未出現(xiàn)NOB對抑制物(氨和HNO2)的適應(yīng)性,NH4+轉(zhuǎn)化為NO2-N和NO3-N的轉(zhuǎn)化率分別約為58%和5%; 由于NO3-N濃度的增加會提高ANAMMOX工藝的后續(xù)處理成本,所以如何消除NO-3-N累積值得深入研究。

消化污泥上清液作為ANAMMOX工藝最初的處理對象,目前的研究報道相對較多,但鑒于該工藝仍存在一些沒有解決的技術(shù)難題,目前僅有荷蘭Dokhaven污水處理廠一個生產(chǎn)規(guī)模的運(yùn)行實例。國內(nèi)的相關(guān)報道相對較少,同濟(jì)大學(xué)吳永華等[5]通過小試初步驗證了硝化-厭氧氨氧化組合反應(yīng)器處理城市厭氧消化污泥濾液的可行性,水力停留時間為30 h,總氮容積負(fù)荷達(dá)到493. 4 kg·m-3d-1時,其去除率約為71%。

深圳市下坪固體廢棄物填埋場滲濾液處理廠[6]在一年多的運(yùn)行過程中,發(fā)現(xiàn)控制溶解氧在1mg·L-1左右,進(jìn)水氨氮lt;800 mg·L-1,氨氮負(fù)荷lt;0. 46 kg·m-3d-1的條件下, SBR反應(yīng)器中實現(xiàn)了CANON工藝,氨氮去除率gt;95%,總氮去除率gt;90%。湖南大學(xué)徐崢勇[7]等采用自主設(shè)計的序批式生物膜反應(yīng)器(SBBR),以長沙市某垃圾填埋場滲濾液為處理對象,也實現(xiàn)了單級的厭氧氨氧化過程,環(huán)境溫度控制在(32±0. 4)℃,經(jīng)過58 d的馴化和33 d的穩(wěn)定,反應(yīng)器的脫氮效率最高可達(dá)95%。

3 厭氧氨氧化工藝存在的主要問題及對策

厭氧氨氧化工藝的發(fā)展為實現(xiàn)高效低耗，尤其是在倡導(dǎo)“低碳”的今天，開辟了新的脫碳研究方向。由于起步較晚,在實際應(yīng)用過程中，仍有許多問題亟待解決：

3.1厭氧氨氧化菌倍增時間長,培養(yǎng)環(huán)境要求苛刻，因此,如何縮短其倍增時間,促進(jìn)其快速繁殖,對于ANAMMOX工藝的實際應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。同時,對如何縮短厭氧氨氧化反應(yīng)器的啟動時間、優(yōu)化工藝參數(shù)、提高效率等方面也有必要進(jìn)行深入研究。

3.2高有機(jī)物濃度，高濃度NH+4-N和硝態(tài)氮等存在對ANAMMOX反應(yīng)也有抑制作用，所以有必要對厭氧氨氧化反應(yīng)的微生物相進(jìn)行深入研究,真正了解該類微生物的最佳生長代謝條件及其生長繁殖緩慢的根本原因。

3.3系統(tǒng)反應(yīng)所需要的溫度較高,實際水處理很難達(dá)到。在較低溫度條件下,ANAMMOX菌活性難以提高,考慮到城市污水處理工程的實際情況,相對于升高溫度和增加非曝氣反應(yīng)時間。對于兩種途徑來說,適當(dāng)提高ANAMMOX菌生物量,可能是提高ANAMMOX工藝脫氮效果的優(yōu)選途徑。

總括起來, 一是要加強(qiáng)對微生物的特性的了解，二是要對ANAMMOX反應(yīng)的機(jī)理、代謝方式和菌種馴化技術(shù)等方面進(jìn)行研究,三是要在宏觀上優(yōu)化工藝的條件,結(jié)合實際情況進(jìn)行工藝改良,并在實驗室小試實驗成果的基礎(chǔ)上積極進(jìn)行推廣,以利于實現(xiàn)厭氧氨氧化工藝的普遍化。

4 結(jié)語

厭氧氨氧化是目前比較先進(jìn)，比較理想的一種可持續(xù)脫氮工藝。與其它脫氮工藝相比，實現(xiàn)了氨氮的短途徑轉(zhuǎn)化,具有極大的優(yōu)越性。目前,雖然厭氧氨氧化工藝的研究還不夠成熟,但其先天具有的可持續(xù)優(yōu)越性,為其后續(xù)的發(fā)展普及奠定了堅實的基礎(chǔ)。

[1] Mulder A,Van de Graaf A.A.et al.FEMS Microbiology Ecology.1995,16:177-184.

[2] van de Graaf A.A ,de Bruijnp, Robertson LA et.al.Metabolic pathway of anaerobic ammonium oxidation on the basis of 15N studies in a fluidized bed reactor,1997,143:2415-2421.

[3]盧俊平，杜兵，孫艷玲等.亞硝化-厭氧氨氧化組合工藝脫氮研究[J].中國給水排水,2006,22(15):40-43

[4] YAMAMOTO T,TAKAKI K,KOYAMA T,et al.Long-termstability of partial nitritation of swine wastewater digester liquor and its subsequent treatment by Anammox[J].Bioresour.Technol.,2008,99(14):6419-6425.

[5]吳永華,王勁,崔力明.硝化-厭氧氨氧化組合反應(yīng)器的運(yùn)行和評價[J].工業(yè)用水與廢水, 2004, 35(2):10-13.

[6]孟 了,陳 永,陳 石. CANON工藝處理垃圾滲濾液中的高濃度氨氮[J].給水排水,2004, 30(8):24-29.

[7]徐崢勇,楊朝暉,曾光明等.序批式生物膜反應(yīng)器(SBBR)處理高氨氮滲濾液的脫氮機(jī)理研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2006, 26(01): 55-60.

ClassNo.:X703DocumentMark:A

(責(zé)任編輯：張欽祥 鄭英玲)

ApplicationofANAMMOX

Li Wei Li Jing Li Long

The discovery and application of ANAMMOX supplied us with a new way to achieve the efficiency , low consumption and sustainability in sewage treatment. So, the study in ANAMMOX has become popular in recent years. This paper summarizes the discovery and the reaction principle of ANAMMOX , reviews the application of ANAMMOX fields and discusses the problems and countermeasures in dealing with the problems .

ANAMMOX ; application; problems and countermeasures

厲巍，學(xué)生，中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院，江蘇·徐州。郵政編碼：221000

1672-6758(2011)02-0051-2

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