論厭氧氨氧化污水處理工藝及其實際應用的研究進展

摘要：厭氧氨氧化反應在污水處理工程中備受關注和推廣，以其節約能耗、污泥產生量小的特點得到了巨大的發展空間。本文對厭氧氨氧化污水處理工藝進行了簡要的綜述，包括亞硝化-厭氧氨氧化工藝、全自養脫氨工藝和限氧自養硝化-反硝化工藝，并在污泥液廢水、垃圾滲濾液和畜禽養殖廢水方面簡述了厭氧氨氧化工藝的應用進展

關鍵詞：厭氧氨氧化反應；污水處理工藝；亞硝化-厭氧氨氧化工藝

引言：厭氧氨氧化反應（Anammox）是指厭氧氨氧化生物在厭氧或者缺氧條件下，以NO3-N作為電子受體，NH3-N作為電子供體，轉化生成N2的生物過程。該反應是新型的自養生物脫氮反應，不需要添加有機碳源，污泥產量小，對于含高氨氮和低碳源的廢水處理具有十分重要的潛在利用價值。近年來，厭氧氨氧化污水處理工藝漸漸成熟，并在各種類型的污水處理中得到了實際應用。

1. 厭氧氨氧化污水處理工藝的研究

1.1亞硝化-厭氧氨氧化工藝

亞硝化-厭氧氨氧化工藝（Sharon-Anammox）是目前污水處理常用的一種厭氧氨氧化工藝，處理過程分為兩個階段，并且在兩個不同容器中進行。第一階段是亞硝化，將污水中一半以上的氨元素和氮元素經過亞硝化成為亞硝態氨，第二階段是厭氧氨氧化，將亞硝態氨脫氮轉化為氨氣。該工藝的優點是生成的亞硝態氨是堿性物質，能夠與厭氧水中的重碳酸鹽進行酸堿中和，有助于水體的平衡。另外，亞硝化和厭氧氨氧化兩個階段在不同容器中進行，反應容器的不同環境給功能菌提供了更為良好的生長環境，減少了厭氧氨氧化菌被外來物質抑制的可能性。亞硝化厭氧氨氧化工藝的操作過程簡單，對pH值的要求不嚴格，進行污水處理時降低了一氧化氮和一氧化二氮等溫室氣體的排放，減少了環境污染問題[1]。

1.2全自養脫氨工藝

全自養脫氨工藝（CANON）對污水進行處理時，主要是以控制溶解氧的方法來進行亞硝化和厭氧氨氧化反應的，在整個處理過程中，由自養菌完成氨氮轉化為氮氣的過程。在微量氧環境下，亞硝化細菌通過氧化作用將氨氮部分轉化為亞硝態氮，消耗氧氣，為厭氧氨氧化過程創造所需的厭氧環境，生成的亞硝態氨與剩余的氨氮在厭氧氨氧化菌的作用下轉化生成氮氣。過程中起作用的亞硝化細菌和厭氧氨氧化菌都是自養型細菌，因此在CANON反應中不需要添加外來碳源，能夠全程在無機環境下進行。但是全自養脫氨工藝容易受硝酸菌的干擾，硝酸菌會和厭氧氨氧化菌競爭反應底物，因此需要對硝酸菌的生長進行控制，保證全自養脫氨工藝的正常運行，主要通過控制氧氣和亞硝酸鹽的量來實現。

1.3限氧自養硝化-反硝化工藝

限氧自養硝化-反硝化工藝是一種新型污水處理工藝，由國外開發的一步脫除氨氮、無需加入外界需氧量（COD）。在氧含量較低的條件下，亞硝酸菌的溶解氧能力較強，積累了大量的亞硝酸，通常情況亞硝酸菌的飽和常數是0.2-0.4mg/L，硝酸菌的飽和常數是1.2-1.5mg/L，具有較大差異。限氧自養硝化-反硝化工藝利用亞硝酸菌和硝酸菌飽和常數的差異性，淘汰硝酸菌，再進行厭氧氨氧化反應，脫氮生成氮氣。與亞硝化-厭氧氨氧化工藝相比，限氧自養硝化-反硝化工藝在硝化過程中能夠更加節省溶解氧消耗，而且相對溫度較低的情況下脫氮效果更好。

2. 厭氧氨氧化工藝的實際應用研究

2.1污泥液廢水處理

污泥液廢水中比較典型的低碳氧比廢水包括污泥消化液和污泥壓濾液等，溫度基本在30-37℃，pH值7.8-8.5，這樣的溫度和pH特別適合厭氧氨氧化菌的生長。Dokhaven污水處理廠對亞硝化-厭氧氨氧化技術進行了研究和多次的優化，最終得到了世界上第一套亞硝化-厭氧氨氧化組合反應器并正式投入使用[2]。到目前為止，采用厭氧氨氧化技術處理污水的工程越來越多，在處理污泥液方面的經驗已經相當成熟。但是，由于技術的限制，許多技術難題仍未得到解決，例如厭氧氨氧化工藝處理污水過程中產生的硫化物的影響和其減排問題等，都需要在日后的研究中進行改善和解決。

2.2垃圾滲濾液處理

垃圾滲濾液成分十分復雜，這類廢水的特點是有機物濃度較高、氨氮含量高、有毒重金屬等物質含量高、可生化性差和水質變化大等。垃圾滲濾液的氨氮濃度一般不超過3000mg/l，在較為成熟的垃圾場在500-2000mg/L，并且隨著垃圾對方時間的不斷增加，氨氮濃度會隨之升高，有時會超過10000mg/L。早期在處理垃圾填埋場滲濾液的生物分析中發現了厭氧氨缺失的現象，使應用厭氧氨來處理垃圾滲濾液成為可能。例如，國外某學者提出了短程硝化-厭氧氨氧化-土壤滲濾的串聯工藝，對城市垃圾場的垃圾滲濾液進行處理，處理經過五個月后，總氮、氨氮和COD的平均去除率分別為87%、97%和89%，證明了此串聯工藝的可行性，在處理過程中厭氧氨氧化還能夠降解垃圾滲濾液所含的腐殖酸。目前，厭氧氨氧化工藝在垃圾滲濾液的處理上已經有較多的應用，采用的基本工藝都是短程硝化-厭氧氨氧化工藝，在污水處理研究上，不同重金屬污染程度的垃圾滲濾液對厭氧菌的抑制作用不同，對于厭氧菌的抑制機制和如何減輕抑制作用都還有待研究，很多學者還在進行其他技術的組合串聯，比如反硝化、高級氧化、土壤滲濾等的串聯使用。

2.3畜禽養殖廢水處理

畜禽養殖廢水的成分也十分復雜，存在部分有機氮，水質和水量上存在較大程度的波動，而且COD濃度較高。傳統的硝化-反硝化處理高氨氮含量的畜禽養殖廢水時，能量消耗較高，脫氮的效果也不理想，此外還需要對反應提供碳源和堿等，這一系列的缺陷和不足促進了厭氧氨氧化工藝在畜禽養殖廢水處理中的發展和應用。某生態研究所利用亞硝化-厭氧氨氧化工藝處理豬場廢水，該豬場廢水碳氮比為1.26的厭氧消化液，處理過程中亞硝化階段采用SBR反應池，厭氧氨氧化階段采用升流式厭氧污泥床反應器（UASB），進水時為213mg/L的氨氮濃度和323mg/L的亞硝氮濃度時，出水時分別降低到92mg/L和77mg/L，濃度仍然較高的原因可能是反應器中的生物量較少。之后該研究所繼續進行了長期的研究，當投入厭氧氨氧化反應器運行半年后，氮容積去除率（NRR）為0.22kg/（m3·d），并且達到了穩定階段。當前應用厭氧氨氧化工藝處理畜禽養殖廢水時，NRR值普遍偏低，運行不穩定，該研究所的研究打破了這一現狀，但是在處理過程中廢水所含的有機物以及重金屬仍然會對厭氧氨氧化菌產生抑制作用，還應該對工藝進行改造和優化，來消除和減弱這種抑制作用。

結語：綜上所述，在厭氧氨氧化工藝處理污水的實際運用中，由于各種類型的廢水成分復雜，有些廢水中還含有較高濃度的重金屬和抗生素，在一些石化廢水中有氰化物和有機酚類的存在，都是制約厭氧氨氧化技術發展應用的障礙。在日后的研究中，應該注重研究不同水質成分對厭氧氨氧化菌活性的影響，并通過污水處理工藝的改進和優化提高厭氧氨氧化的利用價值。

參考文獻：

[1]魏彩蓉.厭氧氨氧化污水處理技術及實際應用[J].中國環保產業，2017，02：64-66.

[2]劉振威.厭氧氨氧化污水處理工藝及其實際應用研究進展[J].科技展望，2017，27；95.

作者簡介：

韓永強（1986.12--）；性別：男，籍貫：河北省玉田縣，學歷：大專，畢業于中國環境管理干部學院；現有職稱：助級工程師；研究方向：污水處理；endprint