魏彩蓉

（北控水務(wù)（寧夏）有限公司，銀川 750000）

厭氧氨氧化污水處理技術(shù)及實(shí)際應(yīng)用

魏彩蓉

（北控水務(wù)（寧夏）有限公司，銀川 750000）

作為一種新型的脫氮工藝，厭氧氨氧化技術(shù)在進(jìn)行污水處理的過程中以其節(jié)能降耗，且污泥產(chǎn)生量小的獨(dú)特優(yōu)勢在國內(nèi)外備受推崇和關(guān)注。近年來，以其為主體的污水處理技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了在各類污水廢水處理中的成功應(yīng)用，有較好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。文章基于對厭氧氨氧化污水處理技術(shù)的研究，分析和探討了厭氧氨氧化菌、厭氧氨氧化工藝以及污水處理實(shí)際應(yīng)用等，并指出了該項(xiàng)技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用前景。

污水處理；厭氧氨氧化技術(shù)；實(shí)際應(yīng)用

水質(zhì)控制的重要指標(biāo)就是氮含量。在工業(yè)社會發(fā)展的前提下，水體富氧化問題日益加重。因此，當(dāng)前水處理技術(shù)的研究重點(diǎn)就是對氮污染的控制與治理。傳統(tǒng)廢水處理一般是硝化-反硝化的脫氮工藝，需要外加碳源和堿，不但運(yùn)行費(fèi)用較高，還可能會造成二次污染，影響脫氮效率。隨著科技的不斷進(jìn)步，研究者逐漸開始關(guān)注新型的生物脫氮技術(shù)，厭氧氨氧化（ANAMMOX）技術(shù)以其獨(dú)特的高效低耗的特點(diǎn)應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸得以開發(fā)應(yīng)用。

1 厭氧氨氧化反應(yīng)機(jī)理

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者的研究，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CO2或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[1]。其中，在厭氧氨氧化的過程中，也產(chǎn)生了中間產(chǎn)物聯(lián)氨（N2H4）以及羥氨（NH2OH）。因此，在逐漸完善的研究中，就得到了如下的厭氧氨氧化反應(yīng)公式：

根據(jù)反應(yīng)方程式，以及厭氧氨氧化技術(shù)的原理，可以得出：在厭氧氨氧化的反應(yīng)中只對CO以及HCO-產(chǎn)

23生了消耗，并沒有進(jìn)行外加碳源，因此不但能夠有效實(shí)現(xiàn)成本的節(jié)約，也防止了反應(yīng)中產(chǎn)生的二次污染；反應(yīng)過程中幾乎不產(chǎn)生N2O，能夠有效避免傳統(tǒng)脫氮造成的溫室氣體排放；反應(yīng)過程產(chǎn)堿量為零，無需添加中和試劑，并較為環(huán)保。除此以外，該項(xiàng)技術(shù)還具有產(chǎn)泥量少，節(jié)省供氧動力消耗等多方面的優(yōu)點(diǎn)，具有可持續(xù)開發(fā)利用的意義。

2 厭氧氨氧化技術(shù)

厭氧氨氧化污水處理技術(shù)有著諸多方面的優(yōu)勢，經(jīng)過了國內(nèi)外學(xué)者對工藝技術(shù)的不斷深入研究，目前已經(jīng)存在多種形式的厭氧氨氧化技術(shù)，其中開發(fā)較為成熟的主要有亞硝化-厭氧氨氧化（SHARON-ANAMMOX）以及完全自養(yǎng)脫氮工藝（CANON）、氧限制自養(yǎng)硝化-反硝化（OLAND）等工藝技術(shù)。

（1）亞硝化-厭氧氨氧化工藝

短程硝化-厭氧氨氧化技術(shù)要分兩部分完成，并需要在不同的反應(yīng)器中進(jìn)行。首先是亞硝化部分，能夠?qū)崿F(xiàn)50%左右的氨氮氧化，其次是厭氧氨氧化部分，完成剩余部分的氨氮氧化，并實(shí)現(xiàn)與亞硝化部分新生成的亞硝態(tài)氮進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)，生成氮?dú)夂拖鯌B(tài)氮[2]。因此，在兩項(xiàng)技術(shù)的并列連用下，就不需要再外加亞硝氮，且在反應(yīng)過程中能有效補(bǔ)償亞硝化堿的消耗，使其達(dá)到堿的自平衡。將兩種菌種分別放置在不同的反應(yīng)器內(nèi)，分別產(chǎn)生生物作用，也有利于功能菌的生長，有效減少水中有害物質(zhì)的抑制效應(yīng)[3]。 該工藝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單、需氧量低且厭氧環(huán)境好。較之傳統(tǒng)技術(shù)，也能有效降低曝氣量，為氨氧化菌的生長提供了舒適的條件。以外，還能有效減少N2O等溫室氣體的排放。該項(xiàng)串聯(lián)技術(shù)目前多用于低碳氮化廢水的處理，在垃圾滲濾液、城鎮(zhèn)污水處理廠等也有較好的處理效果。

（2）限氧自養(yǎng)硝化-反硝化工藝

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)，這是由比利時某大學(xué)微生物研究室研制開發(fā)的。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[4]。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。最后再實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化反應(yīng)，產(chǎn)生氮?dú)?。與SHARON-ANAMMOX工藝相比，OLAND生物脫氮在硝化過程中更能節(jié)省溶解氧消耗，在相對較低的溫度下脫氮效果更好。

（3）完全自養(yǎng)脫氮工藝

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，反應(yīng)過程也是在無機(jī)自養(yǎng)的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的，因此在反應(yīng)期間無需再添加有機(jī)物。不過此項(xiàng)技術(shù)也容易受到硝酸菌的干擾，為保證其穩(wěn)定運(yùn)行，使厭氧氨氧化菌不受競爭，就需要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件和水質(zhì)[5]。因?yàn)橥耆责B(yǎng)脫氮工藝技術(shù)全程自養(yǎng)，因此廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室廢水、城市污水等處理。

3 厭氧氨氧化污水處理的應(yīng)用

隨著對厭氧氨氧化技術(shù)研究的不斷深入，已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了多種污水處理的實(shí)際應(yīng)用，如市政污泥液、生活污水、廁所水、焦化廢水、味精廢水以及垃圾滲濾液等的處理，并逐漸在其他廢水處理領(lǐng)域得以普及和使用。但目前對于一些制藥、養(yǎng)殖等高氨氮的工業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用厭氧氨氧化技術(shù)進(jìn)行污水處理仍較少，這也是今后需要努力的方向。以下選取幾個較為典型的厭氧氨氧化污水處理的實(shí)際應(yīng)用效果，供參考。

（1）污泥液廢水處理

較為典型的低碳氮比污泥液廢水有污泥消化液以及污泥壓濾液等，溫度多為30℃～37℃，pH值也多在7.0～8.5之間，非常適宜厭氧氨氧化菌的生長[6]。國外學(xué)者對亞硝化-厭氧氨氧化技術(shù)的多次優(yōu)化研究，在2002年就已經(jīng)形成了世界上第一套亞硝化-厭氧氨氧化組合反應(yīng)器，并在Dokhaven污水處理廠正式投入使用。至此，對污泥液采用厭氧氨氧化技術(shù)處理的工程逐漸在歐洲各國得以展開。污泥液水量小、水溫高，有著高氨氮低碳氮比的水質(zhì)特點(diǎn)，這也是最初進(jìn)行厭氧氨氧化處理的對象。因此，全球大多數(shù)的厭氧氨氧化工程多由處理污泥液而產(chǎn)生，并已有相當(dāng)成熟的經(jīng)驗(yàn)。但由于技術(shù)條件的限制，仍然存在一定的技術(shù)難題需要在今后的研究和實(shí)踐發(fā)展中解決，例如在厭氧氨氧化過程中產(chǎn)生的硫化物的影響及其減排措施等。

（2）垃圾滲濾液處理

垃圾滲濾液的特點(diǎn)是有機(jī)物濃度高、氨氮含量高、水質(zhì)變化大，且容易含有重金屬等有毒物質(zhì)，因而是一種成分較為復(fù)雜的污水。集中的氨氮濃度一般為2000mg/L，隨著垃圾堆放時間的增長還會越來越高。有學(xué)者對廢物填埋場滲濾液進(jìn)行研究時，發(fā)現(xiàn)了滲濾液中厭氧氨缺失的現(xiàn)象，才使得對其進(jìn)行厭氧氨氧化技術(shù)處理成為一種可能。從當(dāng)前對垃圾滲濾液進(jìn)行厭氧氨氧化技術(shù)處理的研究來看，多為采用的是亞硝化-厭氧氨氧化工藝，一些新的組合技術(shù)也得到了嘗試，但由于其中含有較多的有毒物質(zhì)，很容易使厭氧氨氧化的活性受到抑制。為有效穩(wěn)定其運(yùn)行性能，還需要對滲濾液中的微生物、菌群等進(jìn)行抑制和有效調(diào)控，相關(guān)的技術(shù)也需要不斷研究和優(yōu)化。

（3）城市生活污水處理

隨著近年來我國城市化進(jìn)程的不斷加快，城市污水處理行業(yè)的壓力也越來越大。要增強(qiáng)污水處理的效益，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就需要實(shí)現(xiàn)城市污水的再利用，有效實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)回收，這已成為當(dāng)前的污水處理研究的重要課題。城市生活污水中含有有機(jī)碳、磷酸鹽以及氨氮等眾多能量，正符合自養(yǎng)型的脫氮技術(shù)的處理?xiàng)l件，因而有望實(shí)現(xiàn)污水廠的能源自給。但是對于較低水溫（8℃～15℃）的城市來說，尤其是冬季，用厭氧氨氧化工藝進(jìn)行城市污水處理仍是較大的挑戰(zhàn)。雖然國外的相關(guān)學(xué)者（如Lotti等）對于這方面已有了突破性研究，對于中試（4m3，19℃±1℃）的階段性研究也有所進(jìn)展，有望實(shí)現(xiàn)污水處理廠的能源自給，但在實(shí)際技術(shù)工程應(yīng)用的過程中，仍存在諸如低溫條件下如何提高菌性活體、如何實(shí)現(xiàn)全體擴(kuò)增等問題，需要在未來的研究發(fā)展中有所突破，才能使其在處理城市污水中得以更好地運(yùn)用。

（4）畜禽養(yǎng)殖污水處理

該類污水的特點(diǎn)是COD濃度高、成分復(fù)雜且水質(zhì)波動大，還存在一定的有機(jī)氮。使用傳統(tǒng)的脫氮技術(shù)進(jìn)行畜禽養(yǎng)殖污水處理時，不僅能耗高，還需要加補(bǔ)碳源，脫氮效果也不理想。而現(xiàn)代的厭氧氨氧化工藝有著傳統(tǒng)技術(shù)沒有的優(yōu)勢，有望成為處理該類廢水的備選工藝技術(shù)。當(dāng)前在對豬場廢水厭氧處理的研究中，還存在著運(yùn)行尚不穩(wěn)定的問題，需要進(jìn)一步優(yōu)化工藝，找到消除影響厭氧氨氧化菌生長障礙的對策，才能發(fā)揮其在畜禽養(yǎng)殖污水處理領(lǐng)域的最佳效能。

4 結(jié)語

應(yīng)用厭氧氨氧化技術(shù)進(jìn)行污水處理，較之傳統(tǒng)的脫氮技術(shù)來說，既節(jié)約成本又節(jié)能降耗，存在諸多優(yōu)勢特點(diǎn)，也有著廣闊的發(fā)展前景。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，污水中的氮素多以有機(jī)氮、氨氮等形態(tài)存在，因此當(dāng)前階段如何為厭氧氨氧化技術(shù)提供穩(wěn)定的NO2-來源就成為污水處理的重要問題，也成為未來進(jìn)行厭氧氨氧化技術(shù)研究的重要發(fā)展趨勢[7]。再者由于實(shí)際污水成分較為復(fù)雜，針對不同的水質(zhì)，技術(shù)工藝類型的選擇也有待探討定論，為具體事件提供更加充分的數(shù)據(jù)支撐。當(dāng)前階段國內(nèi)對厭氧氨氧化工程運(yùn)行的條件以及啟動的時間等方面的研究，相對來說還不太夠，需要在未來的實(shí)踐過程中進(jìn)一步研究其影響因素，以縮短啟動時間，實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化污水處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用。筆者認(rèn)為，要提高厭氧氨氧化污水處理技術(shù)的實(shí)際使用價值，未來還需要在以下幾個方面的研究和開發(fā)中做出努力：1）對厭氧氨氧化的快速啟動方法研究；2）厭氧氨氧化菌菌種的培養(yǎng)和分離；3）研究能夠有效消除污水中的有毒物質(zhì)的干擾等。

[1] 張立成，鄭鐵強(qiáng).厭氧氨氧化技術(shù)處理污水的應(yīng)用進(jìn)展[J].黑龍江科技信息，2014（26）：74.

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Wastewater Treatment Technology of Anaerobic Ammonium Oxidation and its Practical Application

WEI Cai-rong
(Bewg Water Affairs (Ningxia) Co., Ltd, Yinchuan 750000, China)

As a new denitration technology, the unique advantages of its energy saving and reduction consumption, and the small amount of sludge production of anaerobic ammonia oxidation technology in wastewater treatment process are canonized at home and abroad. Based on the study of anaerobic ammonia oxidation technology for wastewater treatment, the paper analyzes and discusses the anaerobic ammonia oxidizing bacteria, anaerobic ammonia oxidation process and the practical application of sewage treatment, and points out the application prospect of the technology in wastewater treatment.

sewage disposal; anaerobic ammonia oxidation; technical analysis; practical application

X703

A

1006-5377（2017）02-0064-03