論厭氧氨氧化污水處理工藝及其實(shí)際應(yīng)用的研究進(jìn)展

摘要：厭氧氨氧化反應(yīng)在污水處理工程中備受關(guān)注和推廣，以其節(jié)約能耗、污泥產(chǎn)生量小的特點(diǎn)得到了巨大的發(fā)展空間。本文對(duì)厭氧氨氧化污水處理工藝進(jìn)行了簡(jiǎn)要的綜述，包括亞硝化-厭氧氨氧化工藝、全自養(yǎng)脫氨工藝和限氧自養(yǎng)硝化-反硝化工藝，并在污泥液廢水、垃圾滲濾液和畜禽養(yǎng)殖廢水方面簡(jiǎn)述了厭氧氨氧化工藝的應(yīng)用進(jìn)展

關(guān)鍵詞：厭氧氨氧化反應(yīng)；污水處理工藝；亞硝化-厭氧氨氧化工藝

引言：厭氧氨氧化反應(yīng)（Anammox）是指厭氧氨氧化生物在厭氧或者缺氧條件下，以NO3-N作為電子受體，NH3-N作為電子供體，轉(zhuǎn)化生成N2的生物過程。該反應(yīng)是新型的自養(yǎng)生物脫氮反應(yīng)，不需要添加有機(jī)碳源，污泥產(chǎn)量小，對(duì)于含高氨氮和低碳源的廢水處理具有十分重要的潛在利用價(jià)值。近年來，厭氧氨氧化污水處理工藝漸漸成熟，并在各種類型的污水處理中得到了實(shí)際應(yīng)用。

1. 厭氧氨氧化污水處理工藝的研究

1.1亞硝化-厭氧氨氧化工藝

亞硝化-厭氧氨氧化工藝（Sharon-Anammox）是目前污水處理常用的一種厭氧氨氧化工藝，處理過程分為兩個(gè)階段，并且在兩個(gè)不同容器中進(jìn)行。第一階段是亞硝化，將污水中一半以上的氨元素和氮元素經(jīng)過亞硝化成為亞硝態(tài)氨，第二階段是厭氧氨氧化，將亞硝態(tài)氨脫氮轉(zhuǎn)化為氨氣。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是生成的亞硝態(tài)氨是堿性物質(zhì)，能夠與厭氧水中的重碳酸鹽進(jìn)行酸堿中和，有助于水體的平衡。另外，亞硝化和厭氧氨氧化兩個(gè)階段在不同容器中進(jìn)行，反應(yīng)容器的不同環(huán)境給功能菌提供了更為良好的生長(zhǎng)環(huán)境，減少了厭氧氨氧化菌被外來物質(zhì)抑制的可能性。亞硝化厭氧氨氧化工藝的操作過程簡(jiǎn)單，對(duì)pH值的要求不嚴(yán)格，進(jìn)行污水處理時(shí)降低了一氧化氮和一氧化二氮等溫室氣體的排放，減少了環(huán)境污染問題[1]。

1.2全自養(yǎng)脫氨工藝

全自養(yǎng)脫氨工藝（CANON）對(duì)污水進(jìn)行處理時(shí)，主要是以控制溶解氧的方法來進(jìn)行亞硝化和厭氧氨氧化反應(yīng)的，在整個(gè)處理過程中，由自養(yǎng)菌完成氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾倪^程。在微量氧環(huán)境下，亞硝化細(xì)菌通過氧化作用將氨氮部分轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮，消耗氧氣，為厭氧氨氧化過程創(chuàng)造所需的厭氧環(huán)境，生成的亞硝態(tài)氨與剩余的氨氮在厭氧氨氧化菌的作用下轉(zhuǎn)化生成氮?dú)?。過程中起作用的亞硝化細(xì)菌和厭氧氨氧化菌都是自養(yǎng)型細(xì)菌，因此在CANON反應(yīng)中不需要添加外來碳源，能夠全程在無機(jī)環(huán)境下進(jìn)行。但是全自養(yǎng)脫氨工藝容易受硝酸菌的干擾，硝酸菌會(huì)和厭氧氨氧化菌競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)底物，因此需要對(duì)硝酸菌的生長(zhǎng)進(jìn)行控制，保證全自養(yǎng)脫氨工藝的正常運(yùn)行，主要通過控制氧氣和亞硝酸鹽的量來實(shí)現(xiàn)。

1.3限氧自養(yǎng)硝化-反硝化工藝

限氧自養(yǎng)硝化-反硝化工藝是一種新型污水處理工藝，由國(guó)外開發(fā)的一步脫除氨氮、無需加入外界需氧量（COD）。在氧含量較低的條件下，亞硝酸菌的溶解氧能力較強(qiáng)，積累了大量的亞硝酸，通常情況亞硝酸菌的飽和常數(shù)是0.2-0.4mg/L，硝酸菌的飽和常數(shù)是1.2-1.5mg/L，具有較大差異。限氧自養(yǎng)硝化-反硝化工藝?yán)脕喯跛峋拖跛峋柡统?shù)的差異性，淘汰硝酸菌，再進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)，脫氮生成氮?dú)狻Ｅc亞硝化-厭氧氨氧化工藝相比，限氧自養(yǎng)硝化-反硝化工藝在硝化過程中能夠更加節(jié)省溶解氧消耗，而且相對(duì)溫度較低的情況下脫氮效果更好。

2. 厭氧氨氧化工藝的實(shí)際應(yīng)用研究

2.1污泥液廢水處理

污泥液廢水中比較典型的低碳氧比廢水包括污泥消化液和污泥壓濾液等，溫度基本在30-37℃，pH值7.8-8.5，這樣的溫度和pH特別適合厭氧氨氧化菌的生長(zhǎng)。Dokhaven污水處理廠對(duì)亞硝化-厭氧氨氧化技術(shù)進(jìn)行了研究和多次的優(yōu)化，最終得到了世界上第一套亞硝化-厭氧氨氧化組合反應(yīng)器并正式投入使用[2]。到目前為止，采用厭氧氨氧化技術(shù)處理污水的工程越來越多，在處理污泥液方面的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)相當(dāng)成熟。但是，由于技術(shù)的限制，許多技術(shù)難題仍未得到解決，例如厭氧氨氧化工藝處理污水過程中產(chǎn)生的硫化物的影響和其減排問題等，都需要在日后的研究中進(jìn)行改善和解決。

2.2垃圾滲濾液處理

垃圾滲濾液成分十分復(fù)雜，這類廢水的特點(diǎn)是有機(jī)物濃度較高、氨氮含量高、有毒重金屬等物質(zhì)含量高、可生化性差和水質(zhì)變化大等。垃圾滲濾液的氨氮濃度一般不超過3000mg/l，在較為成熟的垃圾場(chǎng)在500-2000mg/L，并且隨著垃圾對(duì)方時(shí)間的不斷增加，氨氮濃度會(huì)隨之升高，有時(shí)會(huì)超過10000mg/L。早期在處理垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的生物分析中發(fā)現(xiàn)了厭氧氨缺失的現(xiàn)象，使應(yīng)用厭氧氨來處理垃圾滲濾液成為可能。例如，國(guó)外某學(xué)者提出了短程硝化-厭氧氨氧化-土壤滲濾的串聯(lián)工藝，對(duì)城市垃圾場(chǎng)的垃圾滲濾液進(jìn)行處理，處理經(jīng)過五個(gè)月后，總氮、氨氮和COD的平均去除率分別為87%、97%和89%，證明了此串聯(lián)工藝的可行性，在處理過程中厭氧氨氧化還能夠降解垃圾滲濾液所含的腐殖酸。目前，厭氧氨氧化工藝在垃圾滲濾液的處理上已經(jīng)有較多的應(yīng)用，采用的基本工藝都是短程硝化-厭氧氨氧化工藝，在污水處理研究上，不同重金屬污染程度的垃圾滲濾液對(duì)厭氧菌的抑制作用不同，對(duì)于厭氧菌的抑制機(jī)制和如何減輕抑制作用都還有待研究，很多學(xué)者還在進(jìn)行其他技術(shù)的組合串聯(lián)，比如反硝化、高級(jí)氧化、土壤滲濾等的串聯(lián)使用。

2.3畜禽養(yǎng)殖廢水處理

畜禽養(yǎng)殖廢水的成分也十分復(fù)雜，存在部分有機(jī)氮，水質(zhì)和水量上存在較大程度的波動(dòng)，而且COD濃度較高。傳統(tǒng)的硝化-反硝化處理高氨氮含量的畜禽養(yǎng)殖廢水時(shí)，能量消耗較高，脫氮的效果也不理想，此外還需要對(duì)反應(yīng)提供碳源和堿等，這一系列的缺陷和不足促進(jìn)了厭氧氨氧化工藝在畜禽養(yǎng)殖廢水處理中的發(fā)展和應(yīng)用。某生態(tài)研究所利用亞硝化-厭氧氨氧化工藝處理豬場(chǎng)廢水，該豬場(chǎng)廢水碳氮比為1.26的厭氧消化液，處理過程中亞硝化階段采用SBR反應(yīng)池，厭氧氨氧化階段采用升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB），進(jìn)水時(shí)為213mg/L的氨氮濃度和323mg/L的亞硝氮濃度時(shí)，出水時(shí)分別降低到92mg/L和77mg/L，濃度仍然較高的原因可能是反應(yīng)器中的生物量較少。之后該研究所繼續(xù)進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究，當(dāng)投入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器運(yùn)行半年后，氮容積去除率（NRR）為0.22kg/（m3·d），并且達(dá)到了穩(wěn)定階段。當(dāng)前應(yīng)用厭氧氨氧化工藝處理畜禽養(yǎng)殖廢水時(shí)，NRR值普遍偏低，運(yùn)行不穩(wěn)定，該研究所的研究打破了這一現(xiàn)狀，但是在處理過程中廢水所含的有機(jī)物以及重金屬仍然會(huì)對(duì)厭氧氨氧化菌產(chǎn)生抑制作用，還應(yīng)該對(duì)工藝進(jìn)行改造和優(yōu)化，來消除和減弱這種抑制作用。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，在厭氧氨氧化工藝處理污水的實(shí)際運(yùn)用中，由于各種類型的廢水成分復(fù)雜，有些廢水中還含有較高濃度的重金屬和抗生素，在一些石化廢水中有氰化物和有機(jī)酚類的存在，都是制約厭氧氨氧化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的障礙。在日后的研究中，應(yīng)該注重研究不同水質(zhì)成分對(duì)厭氧氨氧化菌活性的影響，并通過污水處理工藝的改進(jìn)和優(yōu)化提高厭氧氨氧化的利用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏彩蓉.厭氧氨氧化污水處理技術(shù)及實(shí)際應(yīng)用[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2017，02：64-66.

[2]劉振威.厭氧氨氧化污水處理工藝及其實(shí)際應(yīng)用研究進(jìn)展[J].科技展望，2017，27；95.

作者簡(jiǎn)介：

韓永強(qiáng)（1986.12--）；性別：男，籍貫：河北省玉田縣，學(xué)歷：大專，畢業(yè)于中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院；現(xiàn)有職稱：助級(jí)工程師；研究方向：污水處理；endprint