厭氧氨氧化技術在化工廢水處理中工程化的論述

趙合才

（中昊（大連）化工研究設計院有限公司，遼寧 大連 116023）

隨著社會的發展和科技的進步，工業化的進程也在加快，隨之而來的環境污染也在日趨嚴重，特別是一些化工項目廢水中含氮化合物的排放量急劇增加，已經對我們的環境構成了嚴重的威脅，全國75%的湖泊出現了不同程度的富營養化，許多湖泊、河流不能發揮其正常生態功能，這些廢水的排放甚至對我們的飲用水水源都構成了不同程度的污染，一些地區還有加劇的趨勢。可見，對這些含氨氮廢水處理的合理化、合格化已迫在眉睫。

1 厭氧氨氧化工藝與傳統的脫氮工藝的比較

傳統的含氨氮廢水的處理工藝大多采用單級、兩級、三級生物脫氮工藝及ANO（缺氧－好氧活性污泥脫氮系統）工藝，它們都是利用微生物的內源代謝產物為碳源，因此，反硝化脫氮過程中碳源明顯不足，甚至有的還要外加碳源，使反硝化效率嚴重降低，出水水質難于保證，另外ANO工藝在反硝化的缺氧池（A池）中接受好氧池（O池）的硝化回流液進行反硝化反應，難于保證其理想的缺氧狀態，影響反硝化反應的進行，因此也嚴重影響其脫碳效率。

而新型的厭氧氨氧化（ANAMMOX）突破了傳統的生物脫氮工藝中的基本理論概念，它是由荷蘭Delft技術大學Kluyver生物技術實驗室開發的。該工藝在厭氧條件下，以氨為電子供體，以硝酸鹽或亞硝酸鹽為電子受體，將氨氧化，生成氮氣，它比全程硝化節省60%以上的供氧量；同時ANAMMOX細菌細胞產率遠低于反硝化菌，所以厭氧氨氧化過程中產泥量也低，為傳統生物脫氮工藝的15%左右；厭氧氨氧化過程中主要是自養菌，反應中無需外加有機物，在以氨為電子供體的同時，還可節省傳統脫氮工藝中所需的碳源，具有明顯的可持續性。因此，從含氨氮廢水的處理流程來講，厭氧氨氧化技術具有穩定、高效、經濟等優點，所以它一經問世，便在水處理領域博得大家的青睞。

2 厭氧氨氧化工藝的反應機理

氨被微生物氧化的可能途徑如下圖所示：

厭氧氨氧化涉及的反應如下：

NH2OH＋NH3→N2H4＋H2O

N2H4→N2＋4［H］

HNO2＋4［H］→NH2OH＋H2O

NH3＋HNO2→N2＋2H2O

實際工程中，在厭氧條件下，進水為較高濃度的氨氮廢水的反應器中，氨氮以HNO2為電子受體完成廢水的工程化處理。

3 厭氧氨氧化工藝在實際應用中的技術要點及不利因素

工藝的技術要點主要包括以下幾個方面：

1）負荷控制

為了避免影響實際工程中的出水水質，甚至反應器的失控，厭氧氨氧化工藝一般的污泥氨負荷為0.02～0.3kg／（kg·d）。

2）pH 控制

在厭氧氨氧化過程中，pH是一個非常重要的條件，它對厭氧氨氧化的影響主要來自它對細菌和基質的影響，該工藝pH在6.7～8.3范圍內可以運行良好，pH8.0左右反應速率最大。

3）溫度控制

溫度也是影響細菌生長和代謝的重要條件，研究表明，當溫度從15℃上升到30℃時，厭氧氨氧化速率隨之增大，但上升到35℃時反應速率反而下降，最適溫度在30℃左右；Jetten等認為，厭氧氨氧化的溫度范圍為20～43℃，最適溫度為40℃。

4）溶解氧濃度和基質濃度控制

該反應器在好氧或微氧條件下，沒有厭氧氨氧化反應的發生；這說明氧能夠抑制厭氧氨氧化菌的活性，但反應器從好氧或微氧條件下恢復到厭氧時，厭氧氨氧化菌很快就能恢復活性，這說明氧氣對厭氧氨氧化的抑制作用是可逆的；在氧濃度為0.5%～2.0%空氣飽和度的條件下，厭氧氨氧化活性被完全抑制，氧對厭氧氨氧化菌活性的抑制濃度低于0.5%空氣飽和度；基質氨氮和產物硝酸鹽對厭氧氨氧化的活性影響較小，控制氨氮濃度和硝酸鹽濃度低于1000mg／L時就不會對厭氧氨氧化活性產生抑制作用，另外，在基質濃度控制中應使亞硝酸鹽濃度低于5mmol／L。

厭氧氨氧化工藝存在的不利因素及建議：

1）厭氧氨氧化工藝在處理氨氮廢水的實際工程中，反應器內生物產率極低，幾乎看不到厭氧氨氧化菌的生長繁殖，因此，系統應建立相應的自動化監控系統，對反應器中的微生物濃度要有及時的監測和調整。

2）厭氧氨氧化工藝的反應器在不同的條件下去除的效果不同，在實際工程中的造價、操作難度、運行穩定性也不盡相同，而且反應器的啟動時間普遍過長，因此，認為采用高徑比為4.6∶1的升流式ASBR反應器可以取得較好的效果，它不但可以節約成本、減少微生物的流失和污泥沉降性的問題，而且還可以縮短反應器的啟動時間。

3）現今一些化工項目廢水中的CODCr和氨氮濃度很高，特別是一些純堿、聯堿項目，因此要采取適當的措施控制廢水中的CODCr和氨氮濃度，避免高濃度氨氮及硝態氮對反應的抑制作用，拓寬本工藝的適用范圍。

4 厭氧氨氧化工藝的應用現狀及在化工領域工程化的前景

隨著工程化的厭氧氨氧化反應器在歐洲和亞洲范圍內的實際應用，目前，在全世界范圍內已有多座中試或生產性的厭氧氨氧化反應器正在進行試驗或投入工程應用當中，其中包括德國、日本、荷蘭、瑞典、奧地利、瑞士等國都有相應的實例，特別是荷蘭、奧地利等國在此方面所做的研究和積累的經驗為該工藝在全球范圍內的不同領域的推廣鑒定了堅實的基礎。隨著全球第一座厭氧氨氧化反應器在荷蘭阿姆斯特丹市政污水廠的投入使用，它相繼應用于荷蘭Lichtenvoordc制革廢水處理項目，日本三重縣半導體廠廢水處理項目，該工藝已逐步用于市政污水、化工項目工業廢水的處理。雖然該工藝僅在國外的污廢水的處理項目得到應用，國內還沒有項目應用的實例，但隨著工藝試驗數據和動力性模型的完善，它會憑著它固有的工藝優勢，更廣泛的應用于世界的化工廢水處理項目當中。

5 結 語

厭氧氨氧化工藝節約能量，降低了污泥產量，縮短了脫氮途徑，節約投資及運行成本，具有明顯的可持續性的優勢，它將會成為未來化工廢水處理工程化發展的一個新的方向。

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