厭氧氨氧化污水處理技術及實際應用

魏彩蓉

（北控水務（寧夏）有限公司，銀川 750000）

厭氧氨氧化污水處理技術及實際應用

魏彩蓉

（北控水務（寧夏）有限公司，銀川 750000）

作為一種新型的脫氮工藝，厭氧氨氧化技術在進行污水處理的過程中以其節(jié)能降耗，且污泥產生量小的獨特優(yōu)勢在國內外備受推崇和關注。近年來，以其為主體的污水處理技術也實現(xiàn)了在各類污水廢水處理中的成功應用，有較好的環(huán)境和經濟效益。文章基于對厭氧氨氧化污水處理技術的研究，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際應用等，并指出了該項技術在污水處理中的應用前景。

污水處理；厭氧氨氧化技術；實際應用

水質控制的重要指標就是氮含量。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，當前水處理技術的研究重點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，不但運行費用較高，還可能會造成二次污染，影響脫氮效率。隨著科技的不斷進步，研究者逐漸開始關注新型的生物脫氮技術，厭氧氨氧化（ANAMMOX）技術以其獨特的高效低耗的特點應運而生，并逐漸得以開發(fā)應用。

1 厭氧氨氧化反應機理

根據國內外相關學者的研究，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，將氨氮氧化為氮氣（N2）的過程[1]。其中，在厭氧氨氧化的過程中，也產生了中間產物聯(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公式：

根據反應方程式，以及厭氧氨氧化技術的原理，可以得出：在厭氧氨氧化的反應中只對CO以及HCO-產

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

2 厭氧氨氧化技術

厭氧氨氧化污水處理技術有著諸多方面的優(yōu)勢，經過了國內外學者對工藝技術的不斷深入研究，目前已經存在多種形式的厭氧氨氧化技術，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。

（1）亞硝化-厭氧氨氧化工藝

短程硝化-厭氧氨氧化技術要分兩部分完成，并需要在不同的反應器中進行。首先是亞硝化部分，能夠實現(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，并實現(xiàn)與亞硝化部分新生成的亞硝態(tài)氮進行厭氧氨氧化反應，生成氮氣和硝態(tài)氮[2]。因此，在兩項技術的并列連用下，就不需要再外加亞硝氮，且在反應過程中能有效補償亞硝化堿的消耗，使其達到堿的自平衡。將兩種菌種分別放置在不同的反應器內，分別產生生物作用，也有利于功能菌的生長，有效減少水中有害物質的抑制效應[3]。 該工藝技術的優(yōu)點是操作簡單、需氧量低且厭氧環(huán)境好。較之傳統(tǒng)技術，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。該項串聯(lián)技術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，這是由比利時某大學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-反硝化工藝利用這種差異性，就容易在較低溫度下實現(xiàn)對亞硝酸菌的穩(wěn)定積累，淘汰硝酸菌。最后再實現(xiàn)厭氧氨氧化反應，產生氮氣。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)脫氮工藝技術是指通過對同一構筑物內溶解氧的控制來實現(xiàn)厭氧氨氧化，氨氮到氮氣的轉化過程都由自養(yǎng)菌完成。其基本原理是氨氮部分被亞硝化細菌氧化，形成亞硝氮；而剩余部分的氨氮與隨后產生的亞硝氮發(fā)生氧化反應，就形成了氮氣。在此過程中，由于完全自養(yǎng)脫氮反應所需的細菌都是自養(yǎng)型的細菌，反應過程也是在無機自養(yǎng)的環(huán)境下實現(xiàn)的，因此在反應期間無需再添加有機物。不過此項技術也容易受到硝酸菌的干擾，為保證其穩(wěn)定運行，使厭氧氨氧化菌不受競爭，就需要嚴格控制反應條件和水質[5]。因為完全自養(yǎng)脫氮工藝技術全程自養(yǎng)，因此廣泛應用于實驗室廢水、城市污水等處理。

3 厭氧氨氧化污水處理的應用

隨著對厭氧氨氧化技術研究的不斷深入，已經成功實現(xiàn)了多種污水處理的實際應用，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)領域，應用厭氧氨氧化技術進行污水處理仍較少，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際應用效果，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]。國外學者對亞硝化-厭氧氨氧化技術的多次優(yōu)化研究，在2002年就已經形成了世界上第一套亞硝化-厭氧氨氧化組合反應器，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特點，這也是最初進行厭氧氨氧化處理的對象。因此，全球大多數的厭氧氨氧化工程多由處理污泥液而產生，并已有相當成熟的經驗。但由于技術條件的限制，仍然存在一定的技術難題需要在今后的研究和實踐發(fā)展中解決，例如在厭氧氨氧化過程中產生的硫化物的影響及其減排措施等。

（2）垃圾滲濾液處理

垃圾滲濾液的特點是有機物濃度高、氨氮含量高、水質變化大，且容易含有重金屬等有毒物質，因而是一種成分較為復雜的污水。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。有學者對廢物填埋場滲濾液進行研究時，發(fā)現(xiàn)了滲濾液中厭氧氨缺失的現(xiàn)象，才使得對其進行厭氧氨氧化技術處理成為一種可能。從當前對垃圾滲濾液進行厭氧氨氧化技術處理的研究來看，多為采用的是亞硝化-厭氧氨氧化工藝，一些新的組合技術也得到了嘗試，但由于其中含有較多的有毒物質，很容易使厭氧氨氧化的活性受到抑制。為有效穩(wěn)定其運行性能，還需要對滲濾液中的微生物、菌群等進行抑制和有效調控，相關的技術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。要增強污水處理的效益，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就需要實現(xiàn)城市污水的再利用，有效實現(xiàn)能源的循環(huán)回收，這已成為當前的污水處理研究的重要課題。城市生活污水中含有有機碳、磷酸鹽以及氨氮等眾多能量，正符合自養(yǎng)型的脫氮技術的處理條件，因而有望實現(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行城市污水處理仍是較大的挑戰(zhàn)。雖然國外的相關學者（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展，有望實現(xiàn)污水處理廠的能源自給，但在實際技術工程應用的過程中，仍存在諸如低溫條件下如何提高菌性活體、如何實現(xiàn)全體擴增等問題，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用。

（4）畜禽養(yǎng)殖污水處理

該類污水的特點是COD濃度高、成分復雜且水質波動大，還存在一定的有機氮。使用傳統(tǒng)的脫氮技術進行畜禽養(yǎng)殖污水處理時，不僅能耗高，還需要加補碳源，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)技術沒有的優(yōu)勢，有望成為處理該類廢水的備選工藝技術。當前在對豬場廢水厭氧處理的研究中，還存在著運行尚不穩(wěn)定的問題，需要進一步優(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)殖污水處理領域的最佳效能。

4 結語

應用厭氧氨氧化技術進行污水處理，較之傳統(tǒng)的脫氮技術來說，既節(jié)約成本又節(jié)能降耗，存在諸多優(yōu)勢特點，也有著廣闊的發(fā)展前景。在實際應用的過程中，污水中的氮素多以有機氮、氨氮等形態(tài)存在，因此當前階段如何為厭氧氨氧化技術提供穩(wěn)定的NO2-來源就成為污水處理的重要問題，也成為未來進行厭氧氨氧化技術研究的重要發(fā)展趨勢[7]。再者由于實際污水成分較為復雜，針對不同的水質，技術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據支撐。當前階段國內對厭氧氨氧化工程運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，需要在未來的實踐過程中進一步研究其影響因素，以縮短啟動時間，實現(xiàn)厭氧氨氧化污水處理技術的廣泛應用。筆者認為，要提高厭氧氨氧化污水處理技術的實際使用價值，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的干擾等。

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

[2] 廖小兵，許玫英，羅慧東，等.厭氧氨氧化在污水處理中的研究進展[J].微生物學通報，2010（11）：1679-1684.

[3] 陳重軍，王建芳，張海芹，等.厭氧氨氧化污水處理工藝及其實際應用研究進展[J].生態(tài)環(huán)境學報，2014（3）：521-527.

[4] 康玉梨，王美義，李昌明.厭氧氨氧化在水處理中的研究進展[J].內蒙古石油化工，2013（24）：9-10.

[5] 汪德生.厭氧氨氧化工藝應用研究進展[J].環(huán)境保護與循環(huán)經濟，2014（9）：46-47+53.

[6] 張正哲，金仁村，程雅菲，等.厭氧氨氧化工藝的應用進展[J].化工進展，2015（5）：1444-1452+1458.

[7] 陳育明.厭氧氨氧化菌脫氮機理及其在污水處理中的應用[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2015（11）：50.

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