厭氧氨氧化反應(yīng)應(yīng)用簡述及影響因素研究

徐玉金 陳敬坤

摘要：隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，大量富含氮元素的污水進入了生態(tài)環(huán)境中，造成水體富營養(yǎng)化、藻類的大量生長、消耗了水體中的溶解氧、對人的生產(chǎn)生活造成了重大影響。傳統(tǒng)的硝化反硝化脫氮工藝處理流程長、造價高、動力消耗大、效率低且處理成本高。厭氧氨氧化工藝具有不需要添加有機碳源，能夠節(jié)省曝氣量、運行費用低等優(yōu)點，成為了研究的熱點。本文對厭氧氨氧化技術(shù)展開探討研究，以期為污水處理工作提供可參考性的意見。

關(guān)鍵詞：厭氧氨氧化；污水處理；影響因素

1.厭氧氨氧化簡述：

污水廠和一些制造化肥或精煉石油的工廠會產(chǎn)生數(shù)百萬升富含氨的廢水，所有的這些含氮廢水都需要降解掉。傳統(tǒng)方法是使用硝化菌將氨轉(zhuǎn)換成亞硝酸鹽或硝酸鹽，然后反硝化菌再將其還原成氮氣。硝化過程的微生物需要氧氣，并且需要巨量的氧氣，因此一些機器就要耗費大量的電來為這些污泥進行曝氣。不但如此，反硝化過程還需要外碳源，例如甲醇，甲醇燃燒又會產(chǎn)生二氧化碳。所以，這種工藝是代價高昂的，不僅占用大量空間還對環(huán)境不好。

厭氧氨氧化（ANAMMOX），是利用一種自養(yǎng)型的細菌，即厭氧氨氧化菌，在缺氧或厭氧的環(huán)境條件下，將氮、亞硝酸鹽作為無機碳源固定的電子供體和厭氧氨氧化反應(yīng)的受體，產(chǎn)生無色無味、性質(zhì)穩(wěn)定的氮氣和硝酸鹽的過程。與傳統(tǒng)工藝相比，厭氧氨氧化菌能夠利用氨作為他們的能源，這就不需要再用昂貴的甲醇。并且該反應(yīng)不需要氧氣，所以厭氧氨氧化工藝會消耗更少的電量。該工藝不僅不產(chǎn)生二氧化碳，反而還會消耗它，所以該工藝是非常環(huán)保的。總之，與傳統(tǒng)的工藝相比，厭氧氨氧化工藝會減少90%的運行費并節(jié)省50%的空間面積。

1996年Jetten等通過Gibbs函數(shù)（化學(xué)反應(yīng)自由能）計算以及一些化學(xué)計量學(xué)的方法，再根據(jù)厭氧氨氧化的基質(zhì)及產(chǎn)物的變化，推導(dǎo)出厭氧氨氧化反應(yīng)的化學(xué)方程式，如下：

從這個公式看出：厭氧氨氧化反應(yīng)器的進水亞硝酸鹽的比例要高一些：出水會產(chǎn)生一定比例的硝酸鹽：反應(yīng)器消耗氫離子，pH會有所升高。

2.厭氧氨氧化的影響因素

2.1溫度

溫度對厭氧氨氧化反應(yīng)的影響主要是影響ANAMMOX菌的正常生長繁殖和酶的活性。污水處理中需要保證ANAMMOX菌生活在最大的反應(yīng)活性和生長速率情況下。溫度升高時，酶促反應(yīng)加快，但同時酶活性的喪失也加速“。因此，若其它條件保持不變，生物反應(yīng)過程具有一個最適溫度，在這個溫度下，其活性最大。適宜的環(huán)境溫度或者較高的環(huán)境溫度能夠增加ANAMMOX菌的反應(yīng)活性和生長速率，一般認為適合的溫度為300C左右，研究證明ANAMMOX菌對溫度的適應(yīng)性較強，當(dāng)溫度在200C 400C的范圍內(nèi)，厭氧氨氧化的反應(yīng)活性是較高的，并且研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)在400C時厭氧氨氧化活性達到最大值，在該溫度下運行反應(yīng)器最利于厭氧氨氧化反應(yīng)的進行，脫氯效率最高，當(dāng)溫度超過450C時，ANAMMOX菌的活性會明顯下降。由于反應(yīng)器受多方面因素的影響，在處理污水脫氮時，需要適時檢測含氮物質(zhì)的去除情況來選擇反應(yīng)器的溫度，使得ANAMMOX菌維持較高的生長速率和活性。另外溫度也會影響游離氨和游離亞稍酸的濃度，因此溫度對厭氧氨氧化工藝是很重要的一個反應(yīng)條件。

2.2DO

溶解氧（DO）對厭氧氨氧化的影響來自于氧濃度對厭氧過程的抑制e。ANAMMOX菌的是一種嚴(yán)格厭氧菌，氧氣濃度過高時不利于ANAMMOX菌的存活和繁殖，也會導(dǎo)致ANAMMOX菌的活性完全喪失，所以有效控制溶解氧的濃度非常重要。有人進行了厭氧氨氧化反應(yīng)對溶解氧耐受程度的實驗，發(fā)現(xiàn)進水DO必須低于2.5mg/L，才可能不產(chǎn)生嚴(yán)重的抑制作用。當(dāng)DO在2.3～3.8mg/L時，ANAMMOX菌的活性下降接近50%。同時，在菌種存活的前提下，溶解氧對厭氧氨氧化的抑制作用是可以恢復(fù)的。當(dāng)進水DO降低到lmg/L時，ANAMMOX菌可恢復(fù)活性

2.3pH值

pH值的影響主要是因為它對會有影響，同時還對兩種反應(yīng)基質(zhì)（游離亞硝酸和游離氨）均有影響。一般認為，ANAMMOX菌的適宜PH值范圍是6.5 9.0之間，過高或過低都不利于厭氧氨氧化菌的生長。在水溶液中也會發(fā)生如下解離反應(yīng)：NH3+H20·NH40H·NH4++OH，HN02·HNO因?qū)嶒灄l件的差異，進行確定的最適宜pH值還是有一定差異的。低的pH值使得游離氨下降，但是會增加水中的游離亞硝酸的濃度，高的pH會增加水中游離氨的濃度，降低水中游離亞硝酸的濃度。為了防止游離氨和游離亞硝酸的抑制作用，通常調(diào)節(jié)進水pH在中性。根據(jù)厭氧氨氧化的反應(yīng)會造成pH上升，ANAMMOX菌容易受到游離亞硝酸的抑制，因此進水應(yīng)保持一定的堿度，防止反應(yīng)過程中pH變化過大。

2.4基質(zhì)濃度

厭氧氨氧化的基質(zhì)為氨氮和亞硝酸鹽氨，它們對ANAMMOX菌的強度和活性具有重要影響，兩者需要同步去除才能保證ANAMMOX性能穩(wěn)定。如果底物濃度過大會對ANAMMOX作用產(chǎn)生不利影響甚至?xí)种艫NAMMOX菌的活性和生長，尤其是亞硝酸鹽氮濃度的變化對ANAMMOX活性影響較大。據(jù)了解NH4+N對ANAMMOX菌菌的抑制上限為1000mg/L，游離氨濃度在57 187mg/L時會抑制ANAMMOX菌的活性。同時研究發(fā)現(xiàn)，亞硝酸鹽氨對ANAMMOX菌的抑制作用遠大于氨氮的抑制作用，且其N02 N抑制上限為100mg/L。

2.5有機物濃度

ANAMMOX菌為無機自養(yǎng)菌，而污泥中存在著異養(yǎng)反硝化菌，導(dǎo)致在有機物存在下兩類菌之間發(fā)生基質(zhì)競爭。當(dāng)污水中存在有過量的有機碳源時，將很大程度上抑制ANAMMOX菌的生長與繁殖，并使反硝化菌快速占據(jù)優(yōu)勢。

理論上看，ANAMMOX？菌生長率約0.066.僅為反硝化菌的1/5，且在熱力學(xué)上ANAMMOX反應(yīng)比反硝化反應(yīng)更難進行（Molinuevoetal_，2009）。研究表明，超過300mg.L的COD將阻止或者完全抑制ANAMMOX菌活性。因此含氨氨的污水中例如垃圾滲濾液，皮革廢水、污泥硝化液中往往含有大量的有機物。因此在用厭氧氨氧化工藝處理這類工藝的廢水時往往需要先去掉有機物后，再進入?yún)捬醢毖趸に嚒?/p>

3.總結(jié)與展望

厭氧氨氧化作為一種新型污水處理工藝，

能耗低、成本低、幾乎不產(chǎn)生污泥、經(jīng)濟高效，是國內(nèi)外污水處理工作的重大突破，具有無可比擬的優(yōu)勢和發(fā)展空間。但是，厭氧氨氧化工藝在實際工程運行中尚不成熟，Ananunox菌世代繁殖周期長，生長緩慢，工程啟動時間長。Anammox菌生長條件復(fù)雜，影響因素多，導(dǎo)致厭氧氨氧化工藝穩(wěn)定運行時對外部條件要求茍刻。在實際研究應(yīng)用中還存在許多問題，應(yīng)對厭氧氨氧化污水處理工藝引起足夠重視，全面、系統(tǒng)的并提出相應(yīng)對策、措施，及時進行有效處理。