厭氧氨氧化相關(guān)工藝處理垃圾滲濾液脫氮研究現(xiàn)狀

摘 " " "要： 垃圾滲濾液有著氨氮濃度大、碳氮比小、組成成分復(fù)雜、水質(zhì)變化大、有機(jī)物質(zhì)含量豐富、色度高等特點(diǎn)。厭氧氨氧化目前是一種新型的深度除氮技術(shù)，具有需要碳源少、氧消耗量低、污泥產(chǎn)量小等特點(diǎn)。重點(diǎn)介紹了幾種厭氧氨氧化為基礎(chǔ)的處理垃圾滲濾液廢水的新型深度脫氮工藝，主要包括分體式短程硝化厭氧氨氧化（SHARON-ANAMMOX）工藝、一體化部分亞硝化厭氧氨氧化 （CANON）工藝、一體式限氧自養(yǎng)硝化厭氧反硝化（OLAND）工藝。

關(guān) "鍵 "詞：垃圾滲濾液；厭氧氨氧化；脫氮；一體式

中圖分類(lèi)號(hào)：X703 " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A " " "文章編號(hào)： 1004-0935（2023）04-0554-04

近些年來(lái)，伴隨著社會(huì)的高速發(fā)展和城市建設(shè)的突飛猛進(jìn)，城市垃圾產(chǎn)量以每年10%的增速瘋狂增長(zhǎng)，由此會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生大量的垃圾滲濾液。垃圾滲濾液廢水含有復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)并且濃度很高，處理需要足夠的重視和關(guān)注。厭氧氨氧化是指在厭氧環(huán)境下氨氮NH4+-N和亞硝態(tài)氮NO2--N進(jìn)行生物脫氮反應(yīng)產(chǎn)生氮?dú)獾倪^(guò)程，此過(guò)程污泥產(chǎn)量少、幾乎無(wú)有機(jī)碳源消耗以及低DO曝氣量少，采用厭氧氨氧化相關(guān)技術(shù)利用微生物菌群進(jìn)行脫氮，為我國(guó)面臨的氨氮高、碳氮比低的垃圾滲濾液合理處置問(wèn)題提供了嶄新的視角[1]。

1 "垃圾滲濾液來(lái)源及特點(diǎn)

垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的來(lái)源主要為降雨和地下水的滲透、地面表層水的流進(jìn)、垃圾中自帶的水分流入、填埋場(chǎng)垃圾中的有機(jī)物質(zhì)分解時(shí)產(chǎn)生的水分流入等5部分。在垃圾場(chǎng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的堆放和填埋后，有機(jī)物質(zhì)發(fā)酵分解后將會(huì)產(chǎn)生大量濃度高的有機(jī)污染物[2]。垃圾滲濾液擁有氨氮NH4+-N和有機(jī)物含量高、污染成分復(fù)雜、水質(zhì)水量不穩(wěn)定、色度高、碳氮比易失調(diào)等特點(diǎn)[3]。

2 "厭氧氨氧化技術(shù)

厭氧氨氧化（ANAMMOX）技術(shù)是指浮霉菌門(mén)細(xì)菌在DO含量極低的厭氧或缺氧條件下，氨鹽和亞硝酸鹽分別在反應(yīng)過(guò)程充當(dāng)電子供體和電子受體的身份，最終生成氮?dú)夂蜕俨糠值南跛猁}。厭氧氨氧化細(xì)胞內(nèi)部反應(yīng)氮元素化學(xué)計(jì)量比（NH4+、NO2-、NO3-的比例）為1∶1.32∶0.26[4]。厭氧氨氧化比傳統(tǒng)的硝化反硝化更有優(yōu)勢(shì)的地方在于，消耗能源少、不需要DO和外加有機(jī)無(wú)機(jī)碳源、脫氮的效率高，是一種綠色環(huán)保并且節(jié)約能耗的新型污水脫氮 " 工藝。

厭氧氨氧化影響因素主要有溫度、pH、溶解氧DO、有機(jī)碳源、基質(zhì)、鹽度。溫度是影響微生物活性的重要條件，在30～35 ℃反應(yīng)活性最大，近年來(lái)實(shí)際工程中低溫15 ℃應(yīng)用較多，AOB菌繁殖速度小于NOB菌繁殖速度，亞硝態(tài)氮積累對(duì)AnAOB起抑制作用，但當(dāng)恢復(fù)至30 ℃時(shí)運(yùn)行一段時(shí)間AnAOB活性恢復(fù)[5]。pH值主要影響厭氧氨氧化微生物和基質(zhì)濃度，不光對(duì)AOB、NOB、AnAOB細(xì)菌活性有影響，還影響著氨氮NH4+-N和游離氨FA、亞硝態(tài)氮NO2--N和游離亞硝酸（FNA）之間的動(dòng)態(tài)平衡，pH在7.5～8.0之間為最適[6]。厭氧氨氧細(xì)菌是嚴(yán)格厭氧菌，在極度厭氧條件下才會(huì)進(jìn)行代謝反應(yīng)。厭氧氨氧化是一個(gè)十分復(fù)雜的反應(yīng)，低濃度有機(jī)物的加入會(huì)增強(qiáng)異養(yǎng)菌的反硝化作用，超過(guò)150 mg·L-1的COD濃度[7]，會(huì)導(dǎo)致反硝化菌快速繁殖成為優(yōu)勢(shì)菌種從而抑制厭氧氨氧化AnAOB菌的活性，降低脫氮效率。ANAMMOX技術(shù)的反應(yīng)底物氨氮NH4+-N、亞硝態(tài)氮NO2--N，其濃度和比例均會(huì)對(duì)厭氧氨氧化反應(yīng)過(guò)程有影響，從反應(yīng)方程式可知，氨氮與亞硝態(tài)氮基質(zhì)比例約為1∶1.32。傅金祥[8]等發(fā)現(xiàn)進(jìn)水氨氮與亞硝態(tài)氮比為1.2時(shí)效果最好。低濃度的鹽促進(jìn)厭氧氨氧化菌生長(zhǎng)，高濃度的鹽嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成菌體自溶，降低脫氮效率。

3 "基于厭氧氨氧化（ANAMMOX）技

術(shù)處理垃圾滲濾液相關(guān)工藝

3.1 "短程硝化-厭氧氨氧化（Sharon-Anammox）

3.1.1 "工藝原理、特點(diǎn)

短程硝化-厭氧氨氧化（Sharon-Anammox）工藝作為一種應(yīng)用最為廣泛的分體式自養(yǎng)脫氮工藝，工藝分為兩個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，一般為前端SBR反應(yīng)裝置后端UASB反應(yīng)裝置。在前端SHARON反應(yīng)發(fā)生短程硝化作用，50%左右的NH4+-N轉(zhuǎn)化為NO2--N，即保持短程硝化反應(yīng)器出水NO2--N與NH4+-N的比值為1.32∶1[9]，在后端ANAMMOX反應(yīng)器發(fā)生反硝化，SHARON反應(yīng)器處理后的出水直接流入Anammox反應(yīng)器當(dāng)作進(jìn)水，厭氧氨氧化菌（AnAOB）將NH4+ -N和NO2--N共同作用轉(zhuǎn)化為N2得到去除，將兩個(gè)單個(gè)反應(yīng)單元串聯(lián)起來(lái)形成一個(gè)整體的生物脫氮工藝。

短程硝化-厭氧氨氧化工藝目前普遍認(rèn)為是一種節(jié)約經(jīng)濟(jì)同時(shí)兼顧高效脫氮的處理工藝，該方法的優(yōu)點(diǎn)是使用兩個(gè)完全獨(dú)立的裝置，因此AOB細(xì)菌和AnAOB細(xì)菌在脫氮作用時(shí)不會(huì)互相干擾，便于通過(guò)控制反應(yīng)器溫度、pH、DO、SRT、HRT、FA等條件，分別為兩種微生物創(chuàng)造最適宜的反應(yīng)環(huán) "境[10]。此外，聯(lián)合工藝在處理含氮廢水可以減少50%的曝氣量、100%的有機(jī)碳源和90%的污泥產(chǎn)量，該聯(lián)合工藝還極大程度地減輕了NO和N2O等溫室氣體對(duì)環(huán)境的污染[11]。

3.1.2 "應(yīng)用現(xiàn)狀

黃奕亮[12]等以實(shí)際垃圾滲濾液為反應(yīng)進(jìn)水，研究了短程硝化SBR+厭氧氨氧化ASBR組合工藝的脫氮性能，前端短程硝化裝置采用逐漸提高滲濾液在進(jìn)水中的配水比例的方法培養(yǎng)，氨氮質(zhì)量濃度從91.5 mg·L-1一直提高到1 053 mg·L-1，亞硝態(tài)氮出水質(zhì)量濃度最高930 mg·L-1，積累率達(dá)到96.7%以上。厭氧氨氧化過(guò)程進(jìn)水前期由SBR出水和自來(lái)水混合提供，從20 d開(kāi)始則完全由SBR出水提供，氨氮、亞硝態(tài)氮去除率均保持在98%以上，達(dá)到了較好的深度脫氮效果。初永寶[13]等在處理實(shí)際垃圾滲濾液過(guò)程中，進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度610～1 900 mg·L-1，C/N比為1.8～3.5，亞硝態(tài)氮可積累200 mg·L-1，積累率最高達(dá)到78%。整個(gè)聯(lián)合系統(tǒng)氨氮、總氮和COD去除率可達(dá)到98%、80%和65%。

3.2 "一體化部分亞硝化厭氧氨氧化（CANON）

工藝

3.2.1 "工藝原理、特點(diǎn)

全程自養(yǎng)脫氮（CANON）工藝是指將部分亞硝化和厭氧氨氧化作用在一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行的生物脫氮過(guò)程，一般采用SBR反應(yīng)器。首先氨氧化細(xì)菌（AOB）發(fā)揮其作用，50%的氨氮NH4+-N被其氧化為亞硝態(tài)氮NO2--N，隨后厭氧氨氧化細(xì)菌（AnAOB）發(fā)揮作用，將剩余的氨氮NH4+-N和第一步氨氧化反應(yīng)生成的亞硝態(tài)氮NO2--N作為反應(yīng)基質(zhì)生成氮?dú)釴2[14]。一體式CANON工藝具有以下特點(diǎn)：因?yàn)锳OB菌和AnAOB菌都是自養(yǎng)菌，不需要投加有機(jī)物，可節(jié)省全部碳源，降低成本；整個(gè)脫氮反應(yīng)在同一裝置內(nèi)同步發(fā)生，流程短，可節(jié)省占地面積和供氧量消耗；反應(yīng)過(guò)程中AnAOB菌能夠及時(shí)消耗掉產(chǎn)生的NO2--N，避免了NO2--N累積過(guò)多造成NOB菌的活性增強(qiáng)，保證了部分亞硝化的穩(wěn)定和效率[15]；CANON反應(yīng)器中需要調(diào)控pH、DO、HRT、FA、FNA等因素動(dòng)態(tài)平衡促進(jìn)AOB菌生長(zhǎng)和抑制NOB菌的繁殖[16]。

3.2.2 "應(yīng)用現(xiàn)狀

張方齋[17]等在SBR反應(yīng)器中經(jīng)過(guò)曝氣/缺氧循環(huán)交替的方式，以實(shí)際的晚期垃圾滲濾液為進(jìn)水，經(jīng)130 d的馴化成功啟動(dòng)CANON工藝實(shí)現(xiàn)了對(duì)氮的深度去除。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表示，進(jìn)水氨氮、總氮、COD濃度為2 050±250、1 625±75 、2 005±352、2 050±250 mg·L-1，經(jīng)CANON工藝處理后出水各指標(biāo)分別為8±4、19±4、407±14 mg·L-1，其中TN去除率高達(dá)98.76%。在未投加碳源條件下，一體式全程自養(yǎng)脫氮工藝在SBR序批式系統(tǒng)曝氣/缺氧攪拌的間歇運(yùn)行下達(dá)到了對(duì)晚期滲濾液中氮素的深度脫除。張曉航[18]等在用不含有機(jī)碳源的實(shí)驗(yàn)進(jìn)水進(jìn)行CANON實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)顯示ANAMMOX最快脫氮速率為0.21 g·（gVSS·d）-1，NOB菌脫氮速率僅僅為 0.012 5 g·（gVSS·d）-1，這說(shuō)明此一體式系統(tǒng)污泥具有較為良好的脫氮與短程硝化性能。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中DO濃度是最為重要的條件，DO濃度較低時(shí)未達(dá)到ANAMMOX細(xì)菌活性減弱之前，脫氮速率最快可達(dá)到0.58 g·（gVSS·d）-1，大約為ANAMMOX高效段脫氮速率的2.75倍，在反應(yīng)器中DO濃度提高后厭氧菌活性遭到抑制，CANON系統(tǒng)脫氮速率快速降低。高通量測(cè)序數(shù)據(jù)結(jié)果表示，CANON反應(yīng)器活性污泥中ANAMMOX菌、AOB、NOB、反硝化菌相對(duì)豐度分別為19.87%、6.84%、0.05%、0.23%。

3.3 "限氧自養(yǎng)硝化-厭氧反硝化（OLAND）工藝

3.3.1 "工藝原理、特點(diǎn)

OLAND工藝是將限氧亞硝化與厭氧氨氧化結(jié)合在一起的新型生物脫氮工藝，在硝化過(guò)程中通過(guò)控制DO的濃度來(lái)使亞硝態(tài)氮NO2--N生成硝態(tài)氮NO3--N這一過(guò)程受到抑制，使其只發(fā)生氨氮NH4+-N經(jīng)過(guò)氨氧化作用生成亞硝態(tài)氮，經(jīng)過(guò)DO的限制得到穩(wěn)定的部分亞硝化過(guò)程。而后AnAOB菌在厭氧環(huán)境下以氨氮NH4+-N和亞硝態(tài)氮NO2--N作為反應(yīng)底物生成氮?dú)釴2。

短程硝化階段，氨氮被氨單加氧酶（AMO）氧化成羥胺（NH2OH），而后羥胺被羥氨氧化還原酶（HAO）作用生成硝?；∟OH），最后氧化為亞硝態(tài)氮，其中所需的氧來(lái)源于水分子。厭氧氨氧化階段，亞硝態(tài)氮被還原酶（NirS）還原成一氧化氮NO，與氨氮經(jīng)過(guò)聯(lián)氨合成酶（HZS）的催化作用縮合成聯(lián)氨（N2H4），并最終在聯(lián)氨脫氫酶（HDH）的作用下轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻Ｒ惑w式OLAND工藝與傳統(tǒng)硝化反硝化工藝相比，大大節(jié)約曝氣過(guò)程的氧氣消耗，不需要外加碳源并且產(chǎn)生的泥量較少[19-20]。

3.3.2 "應(yīng)用現(xiàn)狀

張沙[21]等實(shí)驗(yàn)進(jìn)水采用人工模擬的方式，啟動(dòng)進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度50 mg·L-1，溫度控制在23～26 ℃，HRT為2 d。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在進(jìn)水第31 d總氮開(kāi)始去除，第45 d開(kāi)始提升進(jìn)水質(zhì)量濃度為60 mg·L-1，氨氮和總氮去除率分別為95.45%和89.4%，第65 d開(kāi)始進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度100 mg·L-1，去除率分別為87.17%和77.64%，總氮去除速率最高為38.82 g·（m3·d）-1。

4 "結(jié) 論

垃圾滲濾液不同于其他生活污水，具有水質(zhì)水量變化大不穩(wěn)定且含有的污染物種類(lèi)復(fù)雜等特點(diǎn)。厭氧氨氧化技術(shù)在處理垃圾滲濾液廢水方面有著良好的應(yīng)用前景，厭氧氨氧化相關(guān)工藝如分體式的SHARON-ANAMMOX和一體式的CANON、OLAND工藝，都不需要外加碳源，操作簡(jiǎn)易，同時(shí)深度脫氮效果顯著，在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模和實(shí)際工程都有著較多的應(yīng)用[22]。但厭氧氨氧化工藝仍有著諸多問(wèn)題需要進(jìn)一步討論和克服：ANAMMOX菌生長(zhǎng)緩慢，發(fā)育周期長(zhǎng)，最大比生長(zhǎng)率僅為0.002 7 h-1，導(dǎo)致厭氧氨氧化工藝啟動(dòng)困難；實(shí)際工程應(yīng)用中溫度達(dá)不到ANAMMOX菌群生長(zhǎng)的最適溫度35 ℃，低溫下如何高效脫氮這一問(wèn)題需要克服；ANAMMOX菌對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境要求嚴(yán)苛，抵抗污染物的耐沖擊負(fù)荷能力較差，垃圾滲濾液中有機(jī)物種類(lèi)復(fù)雜影響ANAMMOX菌生長(zhǎng)[23]。

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Research Status of Nitrogen Removal From Landfill

Leachate by Anaerobic Ammonia Oxidation Process

LI Jun-peng

（School of Municipal and Environmental Engineering， Shenyang Jianzhu University， Shenyang Liaoning 110168， China）

Abstract： "Landfill leachate has the characteristics of high ammonia nitrogen concentration， low carbon nitrogen ratio， complex components， large changes in water quality， rich organic matter content and high chromaticity. ANAMMOX is a new type of deep nitrogen removal technology， which has the characteristics of less carbon source， low oxygen consumption and small sludge output. In this paper， several new advanced nitrogen removal processes for the treatment of landfill leachate wastewater based on anaerobic ammonia oxidation were introduced， mainly including split shortcut nitrification anaerobic ammonia oxidation （SHARON- ANAMMOX） process， integrated partial nitrification anaerobic ammonia oxidation （CANON） process and integrated oxygen limited autotrophic nitrification anaerobic denitrification （OLAND） process.

Key words： Landfill leachate; ANAMMOX; Denitrification; Integrated