厭氧氨氧化反應(yīng)器的比較研究綜述

陳佳明 劉思伯 郭佳文 季佳鑫

摘要：近年來，厭氧氨氧化（ANAMMOX）已成為國內(nèi)外研究熱點，且上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）、序批式活性污泥法（SBR）、膜生物反應(yīng)器（MBR）等各類型反應(yīng)器均成功應(yīng)用于厭氧氨氧化啟動。本文根據(jù)厭氧氨氧化細(xì)菌及厭氧氨氧化反應(yīng)的基本特征，分析MBR和SBR兩種反應(yīng)器的優(yōu)劣，并對反應(yīng)器今后發(fā)展方向提出展望。

關(guān)鍵字：厭氧氨氧化；UASB；MBR；SBR

1. 厭氧氨氧化反應(yīng)及厭氧氨氧化細(xì)菌的特性[1]：

厭氧氨氧化即在厭氧或缺氧的條件下，厭氧氨氧化細(xì)菌直接以NH4-N 為電子供體，以 NO2-N 為電子受體，將 NH4-N 和 NO2-N轉(zhuǎn)化成 N2 的生物過程。其反應(yīng)式（加入微生物本身）為

1NH4+ + 1.32NO2- + 0.066 HCO3- + 0.13H+ →

1.02N2 + 0.26 NO3- + 0.066 CH2O0.5N0.15 + 2.03H2O

厭氧氨氧化細(xì)菌為化能自養(yǎng)型細(xì)菌，以CO2為唯一碳源，且對氧敏感，只能在氧分壓低于5%氧飽和（以空氣中的氧濃度為100%）的條件下生存，一旦氧分壓超過18%氧飽和，其活性將受到抑制，但該抑制是可逆的。厭氧氨氧化菌的最佳生長pH范圍為6.7-8.3，最佳生長溫度范圍在20-43℃，厭氧氨氧化菌對氨和亞硝酸的親和力常數(shù)都低于l×10-4 g/N·L基質(zhì)濃度過高會抑制厭氧氨氧化菌活性[2]。

根據(jù)厭氧氨氧化細(xì)菌的特性和實際應(yīng)用中的要求，決定了反應(yīng)器基本的必需條件[3]：

（1） 反應(yīng)器需維持足夠生物量，才能達(dá)到良好的脫單效果

（2） 厭氧氨氧化菌比增殖速率低，生長量緩慢，則要求反應(yīng)器能平穩(wěn)可靠運行，盡可能保證微生物不流失。

（3） 厭氧菌對環(huán)境要求嚴(yán)苛，反應(yīng)器必須厭氧。

2. 反應(yīng)器的比較

2.1膜生物反應(yīng)器（MBR）

膜生物反應(yīng)器為膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合之新型態(tài)廢水處理系統(tǒng)。以膜組件取代傳統(tǒng)生物處理技術(shù)末端二沉池，在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度，提高生物處理有機(jī)負(fù)荷，從而減少污水處理設(shè)施占地面積，并通過保持低污泥負(fù)荷減少剩余污泥量。

膜生物反應(yīng)器主要優(yōu)勢如下：

（1） MBR有利于增值緩慢的硝化細(xì)菌的截留、生長和繁殖，系統(tǒng)硝化效率高，且污泥濃度（MLSS）較高；

（2） 微生物完全截留在反應(yīng)器中，實現(xiàn)反應(yīng)器水力停留時間（HRT）和污泥泥齡（STR）的完全分離，使運行控制更加靈活穩(wěn)定；

（3） 裝置緊湊，便于維護(hù)管理。

首先，膜污染帶來的高費用和高能耗。膜生物反應(yīng)器的投資主要來自膜的購置和膜的更換。隨著膜材料成 本的降低，膜的購置費也大大降低。膜的更換頻率與膜 的壽命直接相關(guān)，而膜污染在很大程度上決定了膜的更換頻率，增加了膜的更換次數(shù)。另外，膜污染造成膜通量下降，致使能耗加大，這是造成MBR高能耗的主要原因之一。

其次，設(shè)備運行費用高。較高的能耗是制約MBR廣泛應(yīng)用的主要問題之一。MBR系統(tǒng)的曝氣能耗占MBR運行能耗的 70%以上，有時甚至高達(dá) 95%，是 MBR 運行能耗的最主要來源。由于膜生物反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高，生物反應(yīng)和維持污泥懸浮狀態(tài)需要消耗的氧氣量大，其高濃度的污泥環(huán)境下氧的傳質(zhì)效率低，因此，如何確定最佳的曝氣量以及提高氧的傳質(zhì)和利用率，對 MBR運行費用的降低有著非常重要的意義[4]。

2.2 序批次活性污泥法（SBR）

傳統(tǒng)的SBR反應(yīng)器是在一個池子中完成有機(jī)物的降解，其運行過程分為進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水排泥、閑置5個階段，稱為一個運行周期。

SBR 反應(yīng)器的優(yōu)點有：①運行過程中形成了時間上的理想推流狀態(tài)，因而生化反應(yīng)推動力大；②其排水時屬于理想沉淀狀態(tài)，沉淀效果好；③可靈活選擇不同的運行方式，可達(dá) 到良好的脫氮除磷效果；④在一個周期內(nèi)，反應(yīng)器的溶解氧濃度不斷變化，有效抑制了污泥膨脹的發(fā)生；⑤耐沖擊負(fù)荷、處理能力強；六是活性污泥沉降性能好。

SBR 反應(yīng)器的缺點有：①連續(xù)進(jìn)水時，需要較大的調(diào)節(jié)池；②對于多個SBR 反應(yīng)器，其進(jìn)水和排水的閥門自動切換頻繁；③無法達(dá)到大型污水處理項目之連續(xù)進(jìn)水、出水的要求； ④設(shè)備的閑置率較高；五是污水提升水頭損失較大；⑥如果需要后處理，則需要較大容積的調(diào)節(jié)池[5]。

3. 對厭氧氨氧化反應(yīng)器的展望、總結(jié)

厭氧氨氧化是廢水研究的新領(lǐng)域，適應(yīng)反應(yīng)器的開發(fā)只是其中一個重要的研究內(nèi)容，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上還有很多值得深入研究的方面：、

MBR需研發(fā)高性能膜材料。增強機(jī)械強度、化學(xué)穩(wěn)定性和延長使用壽命，以此減少更換費用；膜污染機(jī)理及防治技術(shù)。了解MBR污染機(jī)理，采取合理的處理手段，減少膜污染帶來的高能耗。 研發(fā)出耐污染的高性能膜組件；預(yù)處理的優(yōu)化。有效的預(yù)處理工藝不僅可以有效減少膜污染，降低能耗，而且可以得到更優(yōu)的出水水質(zhì)。

SBR設(shè)備閑置率過高，還需要與更多技術(shù)相結(jié)合，以取長補短，更好的發(fā)展。相信隨著科技的發(fā)展，厭氧氨氧化反應(yīng)器會產(chǎn)生更大進(jìn)步，以更經(jīng)濟(jì)更環(huán)保的方式投入到實際污水處理應(yīng)用中。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡倩怡，鄭平，康達(dá).厭氧氨氧化菌的種類、特性與檢測.應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報[J].2017，23（2）：384-391.

[2]鄭平，張蕾.厭氧氨氧化菌的特性與分類.浙江大學(xué)學(xué)報[J].2009，35（5）：473-481.

[3]齊京燕，李旭東，曾抗美，羅世希，袁世斌. 厭氧氨氧化反應(yīng)器研究進(jìn)展.應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報[J]. 2007，13（5）：748-752

[4]許寶華，朱桂生，黃誠 膜生物反應(yīng)器處理輕工廢水研究進(jìn)展.安徽化工[J].2016，42（6）：12-17.

[5]王尚文，李 巍，李樹輝.SBR 反應(yīng)器及其變型工藝研究進(jìn)展.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)[J].2009，19（12）：147-149.