厭氧氨氧化技術(shù)處理高濃度氨氮工業(yè)廢水的可行性分析

王元月，魏源送，張樹軍

現(xiàn)階段，氨氮已經(jīng)成為我國(guó)水污染物減排的約束性指標(biāo)之一，如何進(jìn)一步削減氨氮排放是我國(guó)環(huán)境保護(hù)面臨的重要挑戰(zhàn)。厭氧氨氧化（Anammox）工藝是目前最有應(yīng)用前景的新型生物脫氮技術(shù)，盡管已有實(shí)際工程的脫氮負(fù)荷已經(jīng)達(dá)到9.5 kgN·m－3·d－1，然而該技術(shù)的應(yīng)用目前還未拓展到工業(yè)廢水脫氮領(lǐng)域。本文在總結(jié)當(dāng)前 Anammox技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了常見高濃度氨氮工業(yè)廢水的水質(zhì)特征以及對(duì) Anammox菌的潛在影響，討論了 Anammox技術(shù)處理高濃度氨氮工業(yè)廢水的可行性。應(yīng)用現(xiàn)狀：在工程應(yīng)用中，厭氧氨氧化與短程硝化形成一體式或分體式的組合工藝，如CANON、OLAND、DEMON、Sharon-Anammox等，當(dāng)前處理對(duì)象以污泥水為主，氨氮濃度范圍在250～1800 mg·L－1，C/N比在 2以下，脫氮速率一般＞1 kg N·m－3·d－1。國(guó)內(nèi)的數(shù)座 Anammox工程均由外國(guó)公司建設(shè)，設(shè)計(jì)負(fù)荷在1.36～2.2 kg NH+4-N·m－3·d－1之間，然而關(guān)于其實(shí)際運(yùn)行效果則未見報(bào)道。制約 Anammox工程應(yīng)用的關(guān)鍵因素有兩點(diǎn)：其一是Anammox菌的低增殖速率，其二是處理對(duì)象限制為低C/N比、高氨氮濃度廢水。高濃度氨氮廢水特征：根據(jù)《第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)》（2010年）顯示，氨氮排放居前幾位的工業(yè)行業(yè)分別為石化、焦化、化工、制革等。廢水來(lái)源行業(yè)不同，氨氮濃度在100 mg·L－1至數(shù)千mg·L－1不等。高濃度廢水一般先經(jīng)過(guò)厭氧消化后再進(jìn)入后續(xù)工藝，部分COD和有毒有害物質(zhì)在厭氧條件下得到去除，而有機(jī)氮在氨化作用下轉(zhuǎn)化生成氨氮，從而得到低C/N比、高濃度氨氮類型的厭氧出水，為Anammox工藝的直接處理對(duì)象。廢水水質(zhì)對(duì)厭氧氨氧化的影響：受工業(yè)生產(chǎn)的影響，工業(yè)廢水中氨氮濃度一般波動(dòng)比較劇烈。當(dāng)氨氮濃度降低時(shí)，導(dǎo)致溶解氧濃度增大而對(duì) Anammox菌產(chǎn)生抑制作用，而當(dāng)氨氮濃度升高后，產(chǎn)生大量的游離氨，能夠穿過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入胞內(nèi)，抑制厭氧氨氧化過(guò)程的多種酶活性。其次，工業(yè)廢水中有機(jī)物存在會(huì)導(dǎo)致異養(yǎng)菌的大量繁殖，使 Anammox菌在對(duì)底物和微量元素等的競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)，最終會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。然而，少量有機(jī)物的存在為反硝化作用提供外碳源，從而可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)脫氮效率。針對(duì)工業(yè)廢水中的有毒有害物質(zhì)，目前主要研究了苯酚、抗生素、重金屬等對(duì) Anammox菌的影響，結(jié)果顯示此類影響不僅僅與物質(zhì)類型和濃度有關(guān)，還與Anammox污泥濃度和形態(tài)、作用時(shí)間等因素有關(guān)，且經(jīng)過(guò)馴化后，Anammox菌對(duì)有毒有害物質(zhì)表現(xiàn)出一定的耐受性。除此之外，Anammox菌也能耐受一定量的鹽度、磷酸鹽、硫化物等。討論和展望：自 2002年首座Anammox脫氮工程投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)，該技術(shù)正逐步在世界各地推廣應(yīng)用。但是針對(duì)焦化、石化、氮肥等典型產(chǎn)生高濃度氨氮廢水的領(lǐng)域應(yīng)用較少。當(dāng)處理對(duì)象為含有有毒有害物質(zhì)的高濃度氨氮工業(yè)廢水時(shí)，分體式更具有優(yōu)勢(shì)，原因在于好氧的短程硝化階段能夠降解部分酚類、抗生素等物質(zhì)，減輕廢水對(duì)后續(xù)Anammox 菌的不利影響。此外，Anammox菌經(jīng)過(guò)充分馴化后也會(huì)表現(xiàn)出一定的耐受性。因此，總體來(lái)看，Anammox技術(shù)應(yīng)用于處理高濃度氨氮工業(yè)廢水是可行的，但仍需要深入研究。后續(xù)工作可以圍繞廢水中有毒有害物質(zhì)對(duì) Anammox菌的抑制機(jī)理以及 Anammox工藝高效控制模式開發(fā)等方面展開。

來(lái)源出版物：環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 33(9): 2359-2368

入選年份：2015