厭氧氨氧化技術處理高濃度氨氮工業廢水的可行性分析

王元月，魏源送，張樹軍

現階段，氨氮已經成為我國水污染物減排的約束性指標之一，如何進一步削減氨氮排放是我國環境保護面臨的重要挑戰。厭氧氨氧化（Anammox）工藝是目前最有應用前景的新型生物脫氮技術，盡管已有實際工程的脫氮負荷已經達到9.5 kgN·m－3·d－1，然而該技術的應用目前還未拓展到工業廢水脫氮領域。本文在總結當前 Anammox技術應用現狀的基礎上，分析了常見高濃度氨氮工業廢水的水質特征以及對 Anammox菌的潛在影響，討論了 Anammox技術處理高濃度氨氮工業廢水的可行性。應用現狀：在工程應用中，厭氧氨氧化與短程硝化形成一體式或分體式的組合工藝，如CANON、OLAND、DEMON、Sharon-Anammox等，當前處理對象以污泥水為主，氨氮濃度范圍在250～1800 mg·L－1，C/N比在 2以下，脫氮速率一般＞1 kg N·m－3·d－1。國內的數座 Anammox工程均由外國公司建設，設計負荷在1.36～2.2 kg NH+4-N·m－3·d－1之間，然而關于其實際運行效果則未見報道。制約 Anammox工程應用的關鍵因素有兩點：其一是Anammox菌的低增殖速率，其二是處理對象限制為低C/N比、高氨氮濃度廢水。高濃度氨氮廢水特征：根據《第一次全國污染源普查公報》（2010年）顯示，氨氮排放居前幾位的工業行業分別為石化、焦化、化工、制革等。廢水來源行業不同，氨氮濃度在100 mg·L－1至數千mg·L－1不等。高濃度廢水一般先經過厭氧消化后再進入后續工藝，部分COD和有毒有害物質在厭氧條件下得到去除，而有機氮在氨化作用下轉化生成氨氮，從而得到低C/N比、高濃度氨氮類型的厭氧出水，為Anammox工藝的直接處理對象。廢水水質對厭氧氨氧化的影響：受工業生產的影響，工業廢水中氨氮濃度一般波動比較劇烈。當氨氮濃度降低時，導致溶解氧濃度增大而對 Anammox菌產生抑制作用，而當氨氮濃度升高后，產生大量的游離氨，能夠穿過細胞膜進入胞內，抑制厭氧氨氧化過程的多種酶活性。其次，工業廢水中有機物存在會導致異養菌的大量繁殖，使 Anammox菌在對底物和微量元素等的競爭中處于劣勢，最終會導致系統崩潰。然而，少量有機物的存在為反硝化作用提供外碳源，從而可以進一步提高系統脫氮效率。針對工業廢水中的有毒有害物質，目前主要研究了苯酚、抗生素、重金屬等對 Anammox菌的影響，結果顯示此類影響不僅僅與物質類型和濃度有關，還與Anammox污泥濃度和形態、作用時間等因素有關，且經過馴化后，Anammox菌對有毒有害物質表現出一定的耐受性。除此之外，Anammox菌也能耐受一定量的鹽度、磷酸鹽、硫化物等。討論和展望：自 2002年首座Anammox脫氮工程投入運營以來，該技術正逐步在世界各地推廣應用。但是針對焦化、石化、氮肥等典型產生高濃度氨氮廢水的領域應用較少。當處理對象為含有有毒有害物質的高濃度氨氮工業廢水時，分體式更具有優勢，原因在于好氧的短程硝化階段能夠降解部分酚類、抗生素等物質，減輕廢水對后續Anammox 菌的不利影響。此外，Anammox菌經過充分馴化后也會表現出一定的耐受性。因此，總體來看，Anammox技術應用于處理高濃度氨氮工業廢水是可行的，但仍需要深入研究。后續工作可以圍繞廢水中有毒有害物質對 Anammox菌的抑制機理以及 Anammox工藝高效控制模式開發等方面展開。

來源出版物：環境科學學報, 2013, 33(9): 2359-2368

入選年份：2015