論厭氧氨氧化技術(shù)在污水處理中的進(jìn)展

王曉燕 謝青松 張睿 王曄

摘 要：厭氧氨氧化技術(shù)是一種生物除氮技術(shù)，是我國城市污水處理領(lǐng)域當(dāng)中的一項較為重要的長期任務(wù)，這種脫氮能力超強(qiáng)、能耗極低的新型生物除氮技術(shù)被視為未來城市污水處理發(fā)展的必然趨勢，因此，近年來厭氧氨氧化技術(shù)逐漸成為了污水處理領(lǐng)域所廣泛關(guān)注的課題。本文以厭氧氨氧化技術(shù)進(jìn)行污水處理的反應(yīng)機(jī)理為切入點，通過分析厭氧氨氧化菌生產(chǎn)的影響因素，探尋厭氧氨氧化技術(shù)在污水處理中的有效應(yīng)用，并對其未來的應(yīng)用發(fā)展進(jìn)行展望，進(jìn)而為我國城市污水處理的優(yōu)化和發(fā)展提供可行性的參考建議。

關(guān)鍵詞：厭氧氨氧化技術(shù);污水處理;有效應(yīng)用

隨著工業(yè)化建設(shè)的不斷發(fā)展以及城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，

環(huán)境污染成為了制約人類向前發(fā)展的重大難題，這其中，尤以污水處理領(lǐng)域更為困難。隨著人類技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，誕生了許多新型的污水處理技術(shù)，厭氧氨氧化技術(shù)就是現(xiàn)階段較為先進(jìn)的一種污水處理技術(shù)。

1 氧氨氧化技術(shù)進(jìn)行污水處理的反應(yīng)機(jī)理

隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及城鎮(zhèn)人口數(shù)量的激增，城鎮(zhèn)生活污水處理成為了擺在人類社會發(fā)展面前的一項重要難題，在城鎮(zhèn)污水的組成成分中，氮元素，尤其是氨氮形式是城鎮(zhèn)污水處理的主要對象。

一直以來，氨氮形式被視為只有在好氧的環(huán)境下才能夠通過相應(yīng)的氧化酶進(jìn)行氧化反應(yīng)，但是生物學(xué)家Mulder發(fā)現(xiàn)，在厭氧的條件下，氨氮也能夠發(fā)生氧化反應(yīng)，并通過一系列的同位素標(biāo)記實驗得以證明，人們才正式的認(rèn)識到厭氧氨氧化的代謝途徑。Mulder所提出的厭氧氨氧化過程NO2-得到4個電子而轉(zhuǎn)化成為NH2OH，NH2OH再與氨（NH4-）發(fā)生反應(yīng)而生成N2H4，N2H4在失去四個電子之后而生成氮氣，進(jìn)而完成厭氧條件下氨（NH4-）的氧化過程，當(dāng)前，城市污水處理過程中應(yīng)用最為廣泛的厭氧氨氧化計量公式是Strous團(tuán)隊提出的，主要是利用SBR反應(yīng)器富集厭氧氨氧化細(xì)菌。

2 厭氧氨氧化菌生產(chǎn)的影響因素

厭氧氨氧化菌是污水處理進(jìn)行厭氧氨氧化技術(shù)應(yīng)用的核心內(nèi)容，目前并沒有一套成熟的技術(shù)來進(jìn)行厭氧氨氧化菌的純培養(yǎng)，多數(shù)還是采用富集的手段來獲取活性好，含量高的混合菌種，由于厭氧氨氧化菌的生長條件極為苛刻，因此，要想有效應(yīng)用厭氧氨氧化技術(shù)進(jìn)行污水處理就必須深入研究厭氧氨氧化菌生產(chǎn)的影響因素。

2.1 底物濃度

氨氮以及亞硝態(tài)氮是厭氧氨氧化菌的主要底物，厭氧氨氧化反應(yīng)往往需要兩者一定量的積累，然而，過高的氨氮以及亞硝態(tài)氮濃度還會危害到厭氧氨氧化菌的細(xì)胞安全，所以底物的濃度至關(guān)重要。生物學(xué)家Lotti以及Yun等人通過大量的實驗證明：0.4g/L是亞硝態(tài)氮對厭氧氨氧化活性的半抑制濃度，且抑制作用是可逆的，游離態(tài)的亞硝酸是起到抑制作用的根本物質(zhì)，同時，通過抑制動力學(xué)研究表明，氨氮以及亞硝態(tài)氮的完全抑制濃度分別為：489.03mg/L和192.36mg/L。

2.2 溫度

眾所周知，無論厭氧氨氧化反應(yīng)還是細(xì)胞的生長都與溫度有著密切的聯(lián)系，通常情況下，溫度越高，細(xì)胞生長越快，生化反應(yīng)的速率也就越快。通過科學(xué)家大量的實驗論證可以得出：厭氧氨氧化菌生長的最佳溫度在37℃左右，厭氧氨氧化反應(yīng)速率的適配區(qū)間為15℃-40℃之間，且在溫度區(qū)間范圍內(nèi)，溫度越低則厭氧氨氧化菌的穩(wěn)定性越強(qiáng)。

2.3 溶解氧濃度

作為一種厭氧菌，厭氧氨氧化菌在進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)時對溶解氧的濃度要求較高。在傳統(tǒng)技術(shù)上，0%的氧飽和濃度才會發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)，然而，在一體式復(fù)合菌種反應(yīng)器中，好氧呼吸細(xì)菌會在氧氣接觸厭氧氨氧化菌之前就對其進(jìn)行吸收利用，在梯度氧濃度或者低氧反應(yīng)器中，好氧呼吸細(xì)菌與厭氧氨氧化菌是可以共同存在的，因此，我們可以得出結(jié)論：只要在合適的組合工藝條件下，厭氧氨氧化菌是可以適應(yīng)一定濃度的氧氣的，這種發(fā)現(xiàn)對于厭氧氨氧化菌的實際應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2.4 有機(jī)物

厭氧氨氧化菌是一種化能自養(yǎng)菌，主要是以無機(jī)碳作為主要碳源，厭氧氨氧化菌在充足的無機(jī)碳環(huán)境下可以得到快速的增長，且具備較高的活性，但是，城市污水的碳元素主要由有機(jī)碳組成，過高的有機(jī)碳含量往往會一直厭氧氨氧化菌的生長。因此，城市污水處理在實際應(yīng)用厭氧氨氧化技術(shù)進(jìn)行處理的過程中，要充分重視有機(jī)物存在的條件下厭氧氨氧化如何保持穩(wěn)定性。

3 氧氨氧化技術(shù)在污水處理中的有效應(yīng)用

3.1 PNA技術(shù)

PNA技術(shù)，也稱之為部分短程硝化--厭氧氨氧化技術(shù)，在處理高氨氮廢水領(lǐng)域，已經(jīng)取得了較高的成績，然而，該項技術(shù)在進(jìn)行城市污水處理過程中并沒有強(qiáng)有力的實證資料和理論依據(jù)。PNA是一種高效生物氮技術(shù)，在城市污水處理的應(yīng)用過程中，科學(xué)家經(jīng)過不斷的摸索，采用了生物除磷--部分硝化--厭氧氨氧化的組合工藝，實現(xiàn)了磷、碳、氮等元素的同步去除，但該項技術(shù)在未來發(fā)展過程中仍面臨幾項瓶頸：①碳源在預(yù)處理過程中不穩(wěn)定;②厭氧氨氧化菌在低溫條件下的活性問題;③如何實現(xiàn)低溫條件下進(jìn)行NOB（短程硝化反應(yīng)）的抑制。

3.2 SNAD技術(shù)

SNAD技術(shù)，也稱之為同時部分硝化--厭氧氨氧化--反硝化技術(shù)，主要是一種處理低氨氮污水的處理工藝，在該厭氧氨氧化技術(shù)中，在低氧質(zhì)量濃度的條件下，氨氮通過AOB（同時部分硝化反應(yīng)）部分轉(zhuǎn)化成為亞硝酸鹽，之后，厭氧氨氧化菌利用剩余的氨氧和轉(zhuǎn)化的亞硝酸鹽進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)，生成產(chǎn)物為硝酸鹽和氮氣，最后利用碳源DNB通過反硝化反應(yīng)將硝酸鹽再轉(zhuǎn)化成為氮氣。當(dāng)前，SNAD技術(shù)通過利用懸浮活性污泥處理城市生活污水和利用非織造旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器處理低碳氮比的城市污水都取得了較好的成果，為SNAD技術(shù)進(jìn)行城市生活污水提供了較高的技術(shù)支撐，主要依賴于SNAD生物膜良好的反硝化和厭氧氨氧化特性。

3.3 PDA技術(shù)

PDA技術(shù)，也稱之為短程反硝化--厭氧氨氧化技術(shù)，主要的反應(yīng)原理就是通過短程反硝化反應(yīng)，將硝酸鹽還原成為亞硝酸鹽，進(jìn)而為厭氧氨氧化反應(yīng)提供基質(zhì)。短程反硝化--厭氧氨氧化技術(shù)同時處理生活污水和硝酸鹽的效果極其明顯，對于城市生活污水中的NO3--N、NH4+-N、COD的平均去除率達(dá)到了89.3%、97.5%以及78.6%，PDA技術(shù)為低溫條件下厭氧氨氧化技術(shù)進(jìn)行城市生活污水處理應(yīng)用找尋到了前進(jìn)的新方向，該項工藝不僅在環(huán)境上還是經(jīng)濟(jì)上都能夠滿足城市污水處理的要求，還能夠發(fā)展成為高質(zhì)量濃度硝酸鹽廢水處理以及解決高氨氮廢水厭氧氨氧化出水和城市污水深度脫氮問題的全新處理工藝。

4 厭氧氨氧化技術(shù)在污水處理應(yīng)用的未來展望

隨著厭氧氨氧化技術(shù)在城市污水處理應(yīng)用的不斷深入，城市發(fā)展在城市污水處理方面投入的不斷加大，經(jīng)過科學(xué)家們不斷的努力，一些全新的組合工藝應(yīng)運而生，為厭氧氨氧化技術(shù)在城市污水處理的實際應(yīng)用提供了堅實的技術(shù)支撐。當(dāng)前，新晉誕生的一種厭氧氨氧化技術(shù)，厭氧固定床反應(yīng)器（去除COD）--序批式反應(yīng)器（B1）--厭氧氨氧化移動床生物膜反應(yīng)器（去除B1出水的NO3--N）工藝突破了城市污水處理高污泥產(chǎn)量和高耗能的限制，在實際應(yīng)用過程中，不僅有效降低的污泥產(chǎn)量，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，同時還實現(xiàn)了去除70%-90%的氮氧化物效率、去除40%-70%的總氮、去除80%-90%的COD，是目前最具應(yīng)用前景的厭氧氨氧化技術(shù)。

5 結(jié)語

綜上所述，厭氧氨氧化技術(shù)是當(dāng)前最具發(fā)展前景的城市污水處理技術(shù)，其節(jié)能環(huán)保、占地較小、處理效率高且能耗低的特性使其擁有十分廣闊的應(yīng)用發(fā)展空間。當(dāng)前厭氧氨氧化技術(shù)在城市污水處理的應(yīng)用尚處于初級階段，分子生物領(lǐng)域?qū)＜乙訌?qiáng)這方面的技術(shù)投入和研發(fā)投入，深入剖析厭氧氨氧化菌的生長特性和因素，為厭氧氨氧化污水處理工藝的深度發(fā)展奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

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