基于厭氧氨氧化反應的污水處理工藝探究

文_沈東

湛江市生態(tài)環(huán)境局廉江分局

厭氧氨氧化反應主要是在厭氧或缺氧條件下通過厭氧氨氧化菌氧化NH4+-N 為氮氣的過程，能夠高效處理城市污水中的氨氮化合物，從根本上提升廢水脫氮效率，已經成為新時期人們關注的焦點。尤其是在污水處理廠工藝設計時，借助厭氧氨氧化反應能夠有效降低成本投入，使廢水脫氮后的各項指標達到排放標準，具有較高的研究意義和應用價值。

1 厭氧氨氧化反應概述

1.1 微生物概況

厭氧氨氧化菌主要生存在湖泊沉積物、油田、海洋等環(huán)境中，能夠通過生物反應有效處理海洋、湖泊、河流等中的氮化物，保證水生態(tài)滿足生物生活和生長需求，對水質凈化及處理具有非常積極的作用，脫氮貢獻率詳見表1。

表1 厭氧氨氧化菌對不同環(huán)境氮循環(huán)的貢獻率

1.2 厭氧氨氧化反應

厭氧氨氧化反應主要利用菌落實現(xiàn)氮化物的反應，將其轉變?yōu)榈獨馀湃氲娇諝庵校瑥亩档退鷳B(tài)中的氮化物濃度。一般上述試驗中應對反應裝置、底物濃度、環(huán)境因素進行嚴格控制，關鍵條件見表2。

表2 厭氧氨氧化反應中的關鍵條件

由于厭氧氨氧化菌對生態(tài)環(huán)境要求較為嚴格，其溫度、濕度、有機物濃度等均會影響該菌落的反應效果，在利用其開展污水處理時必須做好各項環(huán)境條件的把握，尤其是氧氣濃度、含鹽條件等。

2 基于厭氧氨氧化反應的污水處理工藝

2.1 脫氮工藝

當廢水中的氨氮濃度較高時可以采用側流厭氧氨氧化反應工藝。將高濃度含氨氮（800 ～3000mg/L）廢水導入到處理系統(tǒng)中，通過反硝化技術、有機氧化技術后得到的亞硝化物及厭氧氨氧化菌，在處理室內完成短硝化和厭氧氨氧化，排放出廢水中多余的氮元素，達到高效脫氮的效果，側流厭氧氨氧化反應流程見圖1。

圖1 側流厭氧氨氧化反應流程

主流厭氧氨氧化反應與側流厭氧氨氧化反應原理基本一致，但兩者進水的含氮量存在一定的差別。主流厭氧氨氧化反應往往用于處理低濃度氨氮廢水，這類處理工藝能夠有效減少側流中反硝化環(huán)節(jié)的有機碳用量，還能夠節(jié)省有機氧化、短硝化等環(huán)節(jié)用氧量，除氮效率大約在0.2kg·m-3·d-1左右，效率非常顯著，詳情見表3。

表3 主流厭氧氨氧化反應的除氮效率

2.2 泥污沉降

厭氧氨氧化反應還能夠減少城市污水處理環(huán)節(jié)中的污泥量。傳統(tǒng)工藝處理過程中由于工藝技術和凈化流程等的差異，會造成污水中大量泥污需要單獨積沉、過濾，處理成本較高。而厭氧氨氧化反應在處理過程中可以通過硝化細菌和厭氧氨氧化菌快速降解部分雜質，并通過菌落培養(yǎng)的緊密顆粒使大量泥污沉降，減少了不必要的沉降劑。

上述處理過程中可將人工配水培養(yǎng)的硝化細菌加入到沉淀池中，先進行第一步沉降，形成沉降顆粒；然后再將初沉池、硝化后的沉降顆粒等均進行厭氧消化，通過培養(yǎng)的菌落二次沉降，保留更多的生物量，實現(xiàn)顆粒泥污高效反應。由于顆粒污泥系統(tǒng)具有較高的體積轉化率，可以有效適應低溫、低氨氮等條件下的顆粒泥污處理需求，在城市污水處理系統(tǒng)中具有非常廣泛的發(fā)展前景。

3 基于厭氧氨氧化反應污水工藝的應用

本次研究過程中主要以某市區(qū)污水處理廠項目為例，分析厭氧氨氧化反應工藝的實際應用效益，確定城市污水處理中的注意事項。

3.1 效益分析

某市區(qū)是我國南方地區(qū)三線城市，發(fā)展進程緩慢，工業(yè)污水和生活污水排放量大，2016 年才開始加強城市污水管理及處理方面的工作，在污水管理和污水排放控制方面還存在諸多不足。2018 年為全面提升污水脫氮處理效果，開始對污水處理工藝進行改革，以厭氧氨氧化反應為核心開展深層次脫氮。

改造前期，該地區(qū)污水氨氮含量可達到1000mg/L，除氮率僅為60%左右，排出的污水水質無法達到標準含氮量指標,該市區(qū)污水處理廠投入大量資金采購化學試劑進行二次除氮，工藝造價較高，整體實用性較差，根本無法滿足城市生態(tài)化建設需求。2019 年該市區(qū)開展污水處理廠改造后，通過短程硝化聯(lián)合厭氧氨氧化反應有效處理15t 市區(qū)污水，在工藝指標基礎上總體處理除氮貢獻率可達到32.5%，排出的各項水體水質均含氮量經測試達到本地區(qū)污水排放指標。尤其是廢水除氮率可達到90%左右，排出的廢水中的含氮物（NO3-N、NH4+-N、COD）去除率分別為89.5%、97.6%、78.7%。

3.2 注意事項

首先，基于厭氧氨氧化反應的污水處理工藝中為進一步提升污水處理效益，必須加大對厭氧氨氧化菌的研究和培養(yǎng)，全面增強厭氧氨氧化菌的生物反應效果，使氮化物轉化能力進一步提升。除此之外，還需要對厭氧氨氧化反應中的功能填料進行優(yōu)化，增強填料的“催化”性能。

其次，要注意短程硝化和短程反硝化兩者使用過程中的工藝差異和效果差異，根據不同環(huán)節(jié)污水處理的具體要求合理利用和分配短程硝化和短程反硝化技術及資源，保證兩者達到預定的配合效果。除此之外，還需要把握以上兩項工藝的關鍵指標，如在短程反硝化反應環(huán)節(jié)，應注意結合區(qū)域實際和污水指標驗證各項操作的可行性和有效性，分析厭氧氨氧化反應中工藝參數是否滿足區(qū)域污水處理指標，使其能夠從根本上完成各項處理任務，達到廢水脫氮效率的最大化。

最后，要按照工藝原理不斷推陳出新，在厭氧氨氧化反應基礎上形成新型組合工藝，在改善脫氮效率的基礎上減少泥污產量。如考慮一氧化氮作為厭氧氨氧化菌長期穩(wěn)定的電子受體的可能性、增強NOB 抑制效果的可靠性；針對目前不同環(huán)境下的厭氧氨氧化菌開展預實驗，在實際工藝需求基礎上選擇最優(yōu)方案，保證厭氧氨氧化反應效果滿足城市污水處理工作需求；實現(xiàn)多種工藝組合，利用國內外先進經驗，將厭氧氨氧化反應器和不同工藝整合，形成類似于新加坡樟宜污水廠、湖北十堰西部垃圾填埋場等優(yōu)質污水處理項目等，從不同環(huán)節(jié)出發(fā)全面改善厭氧氨氧化反應工藝，全面推進城市污水處理工藝發(fā)展進程。

4 結語

隨著生物技術的不斷發(fā)展和完善，城市污水處理系統(tǒng)得到了本質上的轉變，開始利用生化反應全面改善污水雜質、提高有害元素及微生物等處理效果。尤其是在脫氮處理過程中，通過厭氧氨氧化反應有效改善了氮化物去除率，從傳統(tǒng)工藝的60%去除率提升到了當前的90%左右，有效維護了水生態(tài)中的氮元素平衡，達到了城市廢水處理效益的全面優(yōu)化。