1、1浅议厌氧氨氧化在污水处理中的应用摘要：随着社会的发展与进步，重视厌氧氨氧化在污水处理中的应用对于现实生活具有重要的意义。本文主要介绍厌氧氨氧化在污水处理中的应用的有关内容。 关键词 ： 污水处理；厌氧氨氧化；应用； 中图分类号：U664.9+2 文献标识码：A 文章编号： 引言 随着人口的增加，工农业的发展以及城市化步伐的加快，含有高浓度氮磷物质的生活污水、工业废水和农田地表水径流汇入湖泊、水库、河流和海湾水域，使藻类等植物大量繁殖，导致水体的富营养化，因此以控制富营养化为目的的脱氮除磷已成为世界各国主要的奋斗目标。高氨氮废水往往碳源不足，厌氧氨氧化工艺不需要额外的投加碳源，在缺氧条件下能够
2、实现氨氮的高效去除，而且工艺流程短，运行费用低，因此吸引了国内外学者的广泛研究。 一、厌氧氨氧化反应机理 长期以来, 人们都认为 NH4+是化学惰性的, 需在好氧条件下经多功能氧化酶的作用才能氧化。1977 年, Broda 通过热力学计算, 预测自然界存在能以亚硝态氮为电子受体进行氨氧化反应的微生物。1995 年荷兰学者 Mulder 在反硝化流化床反应器中发现氨氮在随着硝态氮的消失同时有氮气生成的现象, 并将其命为“ANAMMOX”, 随后 Van de Graaf 等人2通过大量的实验证明 ANAMMOX 一个生物学过程 , 并用 15N 标记的氮化合物证明 NO2才是 ANAMMOX
3、的关键电子受体, 而不是之前认为的NO3, 并提出了厌氧氨氧化可能的代谢途径如图 1 所示。因此ANAMMOX 是厌氧氨氧化细菌在厌氧条件下以 NO2为电子受体, 将氨氮氧化为氮气的生物学过程。羟氨(NH2OH)和联氨(N2H4)是厌氧氨氧化过程的中间产物, 其中羟氨为最可能的电子受体。羟氨由 NO2还原产生, 这一还原过程又为联氨转化为氮气提供所需要的等量电子。 图 1 厌氧氨氧化可能的代谢途径 利用 SBR 反应器富集厌氧氨氧化细菌的过程中, 根据化学计量和物料衡算提出了厌氧氨氧化反应可能的总反应方程式, 见式(1)。 1NH4+1.32NO+0.066HCO3+0.13H+1.02N2+
4、0.26NO3+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O(1) 二、影响厌氧氨氧化的主要因子 2.1 基质浓度 通常，NH3-N 和 NO2-N 是厌氧氨氧化的限制基质。国内众多学者证明 NO2-N 和 NH3-N 的比率对厌氧氨氧化工艺脱氮效率影响较大，张树德等提出进水中适宜的 NO2-N 和 NH3-N 比值为 1.3，而杨岚认为当进水NO2-N 与 NH3-N 比值为 1.16 时，利于厌氧氨氧化反应的进行。李冬在研究常温低氨氮城市污水厌氧氨氧化反应时发现，在一定浓度范围内，3NO2-N 和 NH3-N 浓度的提高，有利于提高厌氧氨氧化生物滤池对总氮的去除负荷，而无法保证对 T
5、N 的去除率。以上证明较高浓度的 NH3-N 和NO2-N 会在一定程度上影响厌氧氨氧化工艺的运行性能。 2.2 温度 对于微生物而言，温度会影响酶的活性，进而影响微生物的新陈代谢，最终导致脱氮效果不佳，因此温度也是厌氧氨氧化的一个重要的影响因子。郑平等通过实验研究了温度对厌氧氨氧化的影响，发现当温度从 15升至 30，反应速率呈逐渐提高趋势；升至 35时，反应速率反而下降，并认为最适温度约为 30左右。徐庆云等分别对25、30、35、40下的厌氧氨氧化反应进行动力学研究，得到最佳反应温度为 40。但国外有学者在 18下利用 SBR 反应器启动了厌氧氨氧化,说明厌氧氨氧化工艺在中低温下也有可能
6、启动，为厌氧氨氧化在处理常温的污水提供了可行性的依据。 2.3 PH NH3-N 和 NO2-在水溶液中会发生离解，因此 PH 值对厌氧氨氧化具有影响作用。郑平等认为厌氧氨氧化的最适宜 pH 值在 7.5-8.0 附近；Antoniou 等按其推导出的离解方程计算出的厌氧氨氧化菌最适 pH 值为7.61；陈曦、崔莉凤等人通过实验得出 pH 值从 6.50 升至 7.80 左右时，厌氧氨氧化反应速率逐渐提高，当继续升至 9.00 左右时，氨氧化速率和TN 去除速率则不断下降，直至接近于零。厌氧氨氧化反应最适的 pH 值在 7.80 左右。综上，因厌氧氨氧化反应器的启动、接种污泥等条件不同，研究人
7、员得出的结论有所差异，但仍可以看出厌氧氨氧化的最适 PH 值在47.0-8.0 之间。 2.4 水力停留时间(HRT) 刘成良利用从厌氧污泥中筛选和驯化的厌氧氨氧化菌直接启动 UASB反应器，结果表明缩短 HRT，系统的脱氮效率具有波动上升的特点，NO2-N、NH3-N 和 TN 的平均去除率均超过 70.0%；魏琛等证实系统 HRT 过短会导致含氮污染物去除不完全，HRT 过长则污泥可能已经解体；金仁村等以普通好养活性污泥为接种污泥，在固定进水浓度并逐步缩短 HRT 的策略下，成功启动了新型厌氧氨氧化折流板反应器(ABR)。 2.5 其他影响因子 厌氧氨氧化工艺需要很高的技术要求，光、溶解氧
8、（DO）等限性因子对厌氧氨氧化都起着重要影响。光能抑制厌氧氨氧化菌的活性，降低30% 50%的氨去除率，当 DO2 mol/L，厌氧氨氧化菌的活性就会完全被抑制，不过这种抑制是可逆的。 三、厌氧氨氧化在污水处理中的应用 3.1 垃圾渗滤液 随着垃圾填埋时间的延长, 渗滤液往往含较高浓度的氨氮，而有机物浓度相对较小，C/N 比严重失调，成为一种难处理的高氨氮废水。深圳市下坪固体废弃物填埋场渗滤液处理厂通过 SBR 反应器实现 CANON 工艺，发现 DO 控制在 1mg/L 左右，进水 NH3-N 800 mg/L,NH3-N 负荷 0.46 kg NH4+/(m3 d)的条件下，NH3-N 的
9、去除率 95%，TN 的去除率 90%。周少奇通过接种垃圾填埋场渗滤液处理活性污泥，以自配含NH3-N 和 NO2-N 的废水为进水，采用 UASB 生物膜系统启动了 ANAMM0X 5反应。结果表明：在反应器运行的第 56d，NH3-N、NO2-N 和 TN 的去除率分别为 99.8、98.8%、90.2%；在随后的运行中处理效果保持稳定，去除的 NH3-N、NO2-N 和生成的 NO3-N 比例为 1:1.61:0.25，出水 pH 稳定在 8.3 左右，进、出水碱度变化不大。 3.2 污泥消化液 若单独采用厌氧氨氧化技术对污泥消化上清液脱氮处理，则会大大减轻污水生物脱氮处理单元的负担、减
10、少供氧量、降低能耗和运行成本。荷兰 Delf 大学开发的 SHANRON-ANAMMOX 工艺在处理污泥消化液上清液时，表明在不控制 SHANRON 反应器 pH 值，进水总氮负荷为 0.8kg/(m3 d) 的条件下,氮的总去除率可达到 83%。SHANRON-ANAMMOX 工艺现已在荷兰鹿特丹 Dokhaven 污水处理厂得以实践应用,用以处理污泥消化液。在 SHARONAN-ANAMMOX 基础上，荷兰 Delft 大学又发展了一种全新的工艺CANON 工艺。Vazquez-Padin 等在 20，以厌氧消化污泥作为进水在脉冲充氧的条件下,启动了 CANON 工艺，氮的去除负荷达0.8
11、kg/(m3 d)。 3. 3 猪场废水 猪场废水等畜禽废水也是高氨氮废水中的一种。荀方飞等以实际猪场废水为研究对象,采用 SBR 反应器，接种厌氧消化污泥培养厌氧氨氧化细菌成功启动了厌氧氨氧化反应，通过正交试验，表明厌氧氨氧化最佳运行参数为 pH 值 750.1，温度 33(1)，HRT 为 1.2d。当达到最佳运行参数时,NH3-N 的去除率达到 98.47，NO2-N 去除率达到99.09。 63.4 焦化废水 林琳等针对焦化废水，在厌氧 34、pH 值 7.5-8.5，HRT 为 33h 的条件下，经过 115d 成功启动厌氧氨氧化反应器。研究表明，当进水NH3-N、NO2-N 浓度分
12、别为 80mg/L、90mg/L 左右时，TN 负荷可达 160m g/(L d)，系统 NH3-N 和 NO2-N 的去除率最高分别达 86和98，TN 去除率可达 75。 四、厌氧氨氧化工艺低氨氮废水的研究进展 近年来，不少研究人员对厌氧氨氧化工艺在低氨氮废水中的应用开展了大量研究。Kuypers 等人在黑海中发现厌氧氨氧化菌能够高效地消耗从黑海表层区域进入到下层厌氧区的无机氮，说明在氨氮含量极低的条件下厌氧氨氧化反应也能顺利进行。付丽霞采用厌氧复合床，经过165d 成功启动了厌氧氨氧化反应器， TN 容积负荷达到 0.17 kg/(m3 d)，NO2-N 与 NH3-N 去除率分别为 1
13、00%和 93%。在低浓度氨氮条件下，朱月琪利用厌氧折流板反应器(ABR)以厌氧污泥混合河涌底泥为接种源启动了厌氧氨氧化反应。系统连续运行 4 个月后出水趋于稳定,当 NH3-N 和 NO2-N 容积负荷分别为 3.91 g/(m3 d) 和3.21g/(m3 d) 时, 平均去除率分别为 85.7%和 98.8%。 城市污水具有低 C/N，低有机物浓度的水质特点。王俊安以城市生活污水为研究对象,采用 SBR 反应器,通过在生物滤池上部水中进行曝气和处理水携氧内循环联合的方式，控制 DO 浓度，在常温下进行了同步亚硝化-厌氧氨氧化试验。在 SBR 探索试验中, 发现 NH3-N 消耗速率为0.
14、164-0.218 kg/(m3 d),NO3-N 产生速率为 0.026-0.036 kg/(m3 7d),TN 脱除速率为 0.124-0.194 kg/(m3 d),去除效率为 65%-75%；在后续的改进试验中，通过提高温度、增设非曝气运行时段和增加厌氧氨氧化菌生物量，TN 去除效率提高至 77-88%。 结束语 厌氧氨氧化生物脱氮过程, 氨氮历经的化学途径最短, 有效节约了能源能耗, 同时又节省了基建投资, 具有广泛的应用前景。 参考文献 1侯金良,康勇.城市废水生物脱氮除磷技术的研究进展J.化工进展,2007. 2王俊安,李冬,田智勇,等.常温城市污水同步亚硝化-厌氧氨氧化研究J.环境科学,2009. 3陈秀荣,周琪,张杰.生物-生态协同工艺深度处理城市污水J.哈尔滨工业大学学报,2008. 4唐崇俭, 郑平, 陈建伟, 等. 基于基质浓度的厌氧氨氧化工艺运行策略. 化工学报, 2009.
