厭氧氨氧化污水處理技術(shù)及其實(shí)際應(yīng)用

李建鴻

摘 要：工業(yè)廢棄物的隨意排放和農(nóng)業(yè)上化肥的濫用，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化問題變得日益嚴(yán)重。降低氮含量是治理水體富營養(yǎng)化的一種有效手段，以往常用硝化-反硝化工藝進(jìn)行脫氮處理，但是這種工藝也會帶來二次污染，并且大規(guī)模治理污水也需要投入較高的成本。厭氧氨氧化技術(shù)是近年來新興的一種污水脫氮處理方式，除了具有脫氮效率高、運(yùn)行成本低的特點(diǎn)外，還有能耗低、無污染的優(yōu)勢，因此得到了推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：厭氧氨氧化;污水處理;垃圾滲濾液

引言：在水質(zhì)監(jiān)測中，水樣中氮元素含量是判定水質(zhì)的重要指標(biāo)。水體中的氮可以作為浮游藻類、微生物的重要營養(yǎng)來源，由于污水排放導(dǎo)致氮含量明顯增加，水體中藻類及微生物大量繁殖，破壞水生態(tài)系統(tǒng)。厭氧氨氧化技術(shù)可以通過高效脫氮，將游離態(tài)的氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀懦?。隨著技術(shù)的日益成熟，目前基于厭氧氨氧化原理的污水處理技術(shù)有亞硝化-厭氧氨氧化技術(shù)、完全自養(yǎng)脫氮技術(shù)等?，F(xiàn)就這幾種技術(shù)的應(yīng)用條件、優(yōu)缺點(diǎn)等展開簡要分析。

一、厭氧氨氧化污水處理原理

厭氧氨氧化指的是在厭氧的條件下，以氨氮（NH4+N）為電子供體，亞硝酸氮（NO2-N）為電子受體，以HCO3-為碳源，通過厭氧氨氧化菌的作用，將氨氮氧化為氮?dú)猓∟2）的過程。用化學(xué)方程式表示為：

NH4++ NO2-+ HCO3-+ H+→N2+ NO3-+ CH2O0.5N0.15+H2O

結(jié)合上式可以發(fā)現(xiàn)，HCO3-本身既是碳源，又可以直接參與厭氧氨氧化反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化為無毒、無污染的氮?dú)?。除了可以避免最終產(chǎn)物造成二次污染外，還能夠有效控制成本，符合綠色環(huán)保理念。另外，利用該技術(shù)進(jìn)行污水處理后，產(chǎn)生的各類產(chǎn)物均保持中性，不需要后期添加酸堿藥品進(jìn)行中和反應(yīng)，相比于傳統(tǒng)的污水處理工藝也節(jié)儉了流程步驟，具有一定的優(yōu)勢。

二、基于厭氧氨氧化原理的幾種污水處理技術(shù)

1、限氧自養(yǎng)硝化-反硝化技術(shù)

限氧自養(yǎng)硝化-反硝化工藝是一種一步脫除氨氮，無需加入COD的新工藝技術(shù)。在低氧的條件下，亞硝酸菌有著較強(qiáng)的溶解氧的親和力，形成了亞硝酸的積累。通常條件下，亞硝酸菌飽和常數(shù)為0.2～0.4mg/L，與硝酸菌（1.2～1.5mg/L）有較大差異。限氧自養(yǎng)硝化-反硝化工藝?yán)眠@種差異性，就容易在較低溫度下實(shí)現(xiàn)對亞硝酸菌的穩(wěn)定積累，淘汰硝酸菌。該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢在于具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，對反應(yīng)條件的要求相對寬松，適用于垃圾場處理滲濾液，或是養(yǎng)殖場處理污水等情況。

2、亞硝化-厭氧氨氧化技術(shù)

整套技術(shù)分為兩個(gè)過程來進(jìn)行，為了避免反應(yīng)過程中相互干擾，需要分別提供兩個(gè)獨(dú)立的容器，其中一個(gè)容易完成“亞硝化”部分，通過亞硝化處理可以將待處理污水的氨氮氧化率完成約40%-50%。在亞硝化處理中會生成新產(chǎn)物亞硝態(tài)氮。然后將半成品導(dǎo)入另一容器中，繼續(xù)進(jìn)行厭氧氨氧化處理，完成剩余50%-60%的氨氮氧化。前一階段的產(chǎn)物亞硝態(tài)氮也會直接參與到后一階段的氨氮氧化反應(yīng)，提升反應(yīng)速率，最終產(chǎn)物為氮?dú)夂拖鯌B(tài)氮。這樣一來，在厭氧氨氧化中，不需要額外的加入亞硝氮，控制了成本。另外，該反應(yīng)體系中不會產(chǎn)生二氧化氮，符合環(huán)保要求。

3、完全自養(yǎng)脫氮技術(shù)

完全自養(yǎng)脫氮工藝技術(shù)是指通過對同一構(gòu)筑物內(nèi)溶解氧的控制來實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化，氨氮到氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化過程都由自養(yǎng)菌完成。其基本原理是氨氮部分被亞硝化細(xì)菌氧化，形成亞硝氮;而剩余部分的氨氮與隨后產(chǎn)生的亞硝氮發(fā)生氧化反應(yīng)，就形成了氮?dú)狻Ｔ诖诉^程中，由于完全自養(yǎng)脫氮反應(yīng)所需的細(xì)菌都是自養(yǎng)型的細(xì)菌，因此在反應(yīng)期間無需再添加有機(jī)物。但是受到目前技術(shù)條件的限制，這種工藝在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些缺點(diǎn)，例如需要通過人為調(diào)控反應(yīng)條件，為硝酸菌、厭氧氨氧化菌提供良好的生長環(huán)境，促進(jìn)厭氧氨氧化反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，否則可能會降低污水處理效率。

三、厭氧氨氧化污水處理技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

1、在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用

垃圾滲濾液中不僅含有重金屬物，而且氨氮含量較高。由于很多垃圾場采用直接填埋的方式處理垃圾，這些滲濾液不經(jīng)處理后直接進(jìn)入地下水系統(tǒng)，最終經(jīng)過地下水循環(huán)污染水源。利用厭氧氨氧化技術(shù)進(jìn)行垃圾滲濾液處理，需要先將垃圾滲濾液收集起來，然后分兩次進(jìn)行脫氮處理。第一階段先利用亞硝化工藝，將滲濾液進(jìn)行初步的氨氮氧化。然后將初步處理后的產(chǎn)物，放置于無氧環(huán)境中，為厭氧菌和氨氧化菌創(chuàng)造良好的生產(chǎn)環(huán)境。通過增加細(xì)菌數(shù)量，提高反應(yīng)速率、提升處理效果。因此，創(chuàng)造適宜菌群生長的環(huán)境，是利用厭氧氨氧化技術(shù)治理垃圾滲濾液的關(guān)鍵。

2、在城市生活污水處理中的應(yīng)用

隨著城市人口密度的增加，產(chǎn)生的生活垃圾、生活污水日益增多。通過取樣分析可知，城市生活污水中含量較高的成分依次為氨氮、磷酸鹽等。以往進(jìn)行生活污水凈化處理，需要使用大量的化學(xué)添加劑，一來是增加成本，二來也容易對水質(zhì)造成二次破壞?？梢岳萌匝趺摪奔夹g(shù)進(jìn)行生活污水處理，首先需要調(diào)節(jié)容器內(nèi)的反應(yīng)溫度，由于低溫環(huán)境下自氧菌的生物活性較低，因此需要將溫度調(diào)節(jié)至35-45℃之間，讓自氧菌處理最活躍狀態(tài)，提高對生活污水中氨氮物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率。通過前后對比，使用全自氧脫氨工藝處理后，污水中NH3-N的去除率可以穩(wěn)定維持在90%以上。

3、在養(yǎng)殖場廢水處理中的應(yīng)用

受到近年來產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響，本地郊區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)的一些規(guī)?；B(yǎng)殖場也逐漸增多。規(guī)模化養(yǎng)殖也帶來了比較嚴(yán)重的糞污污染問題，很多養(yǎng)殖戶直接將禽畜糞污排放到農(nóng)田或河流中，造成了水污染。利用厭氧氨氧化技術(shù)進(jìn)行養(yǎng)殖場污水處理，首先需要將糞污集中收集起來，然后裝入到SBR容器中。通過調(diào)節(jié)參數(shù)，讓容器內(nèi)的溫度恒定在36℃，水力停留時(shí)間為1.5天。反應(yīng)時(shí)間結(jié)束后，取容器中的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行測定，與反應(yīng)之前的樣品進(jìn)行含氮量對比，可以發(fā)現(xiàn)NH3-N的含量降低了97%，而NO3-N的含量降低了99%。

四、氧氨氧化污水處理技術(shù)的發(fā)展前景

就現(xiàn)階段厭氧氨氧化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果來看，在降低能耗、控制成本和提高污水處理效果等方面均比傳統(tǒng)的污水脫氮處理工藝有明顯優(yōu)勢。但是我們也應(yīng)當(dāng)看到，目前厭氧氨氧化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也有一些不足，例如對反應(yīng)環(huán)境的溫度、氧濃度等均有嚴(yán)格要求，如果條件控制不理想，很可能會導(dǎo)致脫氮效率、效果受到影響，污水凈化處理不達(dá)標(biāo)。未來隨著新技術(shù)的研發(fā)和工藝設(shè)備的改進(jìn)，該技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值將會得到進(jìn)一步的突顯。例如可以使用計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)，對容器內(nèi)部的環(huán)境（壓力、溫度等）進(jìn)行自動調(diào)控，從而更好的滿足厭氧氨氧化污水處理的技術(shù)要求。

結(jié)語：近年來因?yàn)樗w富營養(yǎng)化導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境破壞、水環(huán)境污染問題引起了人們的高度關(guān)注。而導(dǎo)致富營養(yǎng)化的根本原因是水體中氨氮含量偏高。因此，除了要從源頭上加強(qiáng)排污控制外，對已經(jīng)遭受污染的水域進(jìn)行脫氮處理也是一種必要措施。本文介紹的厭氧氨氧化技術(shù)，在垃圾滲濾液、城市生活污水等方面的治理應(yīng)用取得了較為明顯的效果，今后隨著技術(shù)的成熟，該技術(shù)也會得到進(jìn)一步的推廣，在緩解水體富營養(yǎng)化問題上發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈明玉，吳莉娜，李志.厭氧氨氧化在廢水處理中的研究及實(shí)際應(yīng)用進(jìn)展[C]//2018中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會科學(xué)技術(shù)年會.2018.

[2]韓黎明，蘇本生，劉廣青，等.厭氧氨氧化工藝的影響因素及應(yīng)用進(jìn)展[J].工業(yè)水處理，2018，38（2）：12-17.

[3]李祥，黃勇，鄭宇慧，等.厭氧氨氧化富集培養(yǎng)研究及其工業(yè)應(yīng)用進(jìn)展[J].水處理技術(shù)，2016，36（5）：18-21.