厌氧氨氧化工艺的研究进展

(山东建筑大学 山东 济南 250101)

氮含量是水质的重要指标之一。氮素处理成为了近几年水处理的重要任务，引起了人们的广泛关注。在水处理中所需去除氮素的形式主要有无机氮和有机氮。传统的生物脱氮一般采用硝化反硝化过程将氮素转化为氮气去除。但现阶段中，我国大部分城市污废水C/N比较低，采用传统生物脱氮需要大量曝气和额外投加碳源。ANAMMOX是厌氧氨氧化菌，在厌氧条件下，以亚硝酸盐作为电子受体，将氨转化为氮气。

一、工艺的提出和反应机理

ANAMMOX 是荷兰Delft大学于1995年在生物脱氮流化床运行中发现的一种新型生物脱氮现象。

一直以来，人们认为氨氮具有化学惰性的属性，需要在好氧条件下通过多功能氧化酶作用才能被氧化。但是由反应式可知其△G<0，而在好氧条件下硝化过程释放的能量为315 KJ/mol，两者的能量值是极为接近的，说明氨氮作为反硝化的无机电子供体时，反应可以自发进行。而产生的能量可以为微生物生长提供能量。由此推测，脱氮流化床内的氨是被细菌用作电子供体而还原成硝酸。

二、厌氧氨氧化反应的生物特征

至今为止，已发现的厌氧氨氧化菌有6属18种，构成了其独立的厌氧氨氧化菌科。

由于厌氧氨氧化细菌生长十分缓慢，现有的微生物分离技术很难得到其纯种菌。目前是通过反应器的长时间富集培养而获得比例较高的菌株混合物，今后研究也许会有更新的发现。

三、厌氧氨氧化的工艺多样性

ANAMMOX工艺形式丰富，一般可以分为分体式和一体式两种。

分体式一般采用两级系统，如SHARON工艺，即短程硝化-厌氧氨氧化工艺。这种工艺较为成熟，其特点是在两个反应器中分别实现部分硝化和厌氧氨氧化，能分别为两类细菌提供合理的生存环境，优化细菌性能，稳定运行性能。

一体式只有单级系统，如在SHARON工艺上发展而来的CANON工艺最近受到了广泛关注。相比较分体式工艺，一体式工艺的成本低，占地面积小，运行简单且避免了亚硝酸盐的抑制作用。随着工艺经验的越来越丰富，一体式厌氧氨氧化工艺受到了更多的青睐。

四、厌氧氨氧化工艺应用的多样性

随着厌氧氨氧化的研究与发展，到2017年底，全球范围内的厌氧氨氧化工程已超过100座大部分位于欧洲，目前也逐渐风靡亚洲和南美。

目前ANAMMOX技术已成功用于多种废水，如高氨氮比污泥液，厕所水，垃圾渗滤液等。

(一)垃圾渗滤液处理

垃圾渗滤液是一种成分复杂的废水，其中有机物浓度高、含有大量重金属等有毒物质、水质变化大、氨氮含量高和可生化性差是垃圾渗滤液的主要特点。如果不经过处理直接排放会对周围环境造成严重破坏。晚期的垃圾渗滤液中氨氮含量一般在1000 mg/L以上，COD一般低于3000 mg/L且BOD和COD的质量浓度比值小于0.1[2]。因此采用传统的硝化反硝化工艺会有碳源不足的问题。为了解决这个问题，可采用了短程硝化联合厌氧氨氧化工艺处理垃圾渗滤液。

(二)低氨氮污水处理

现阶段我国很多城市污水中的C/N比偏低，因此传统的脱氮工艺很难进行下去。使用厌氧氨氧化，以亚硝酸盐作为电子受体，以氨为电子供体，在厌氧条件下进行脱氮，即可以节约耗碱量和供氧量，还无需设置额外碳源添加，且处理过程中减少了污泥产量。

(三)粪便污水处理

粪便污水占城市污水的比重较大，且其中含有大量有机物和氮磷等营养物质。短程硝化-厌氧氨氧化工艺处理源分离粪便污水具有很大的优势，并且城市污水源分离是未来的趋势，但是目前大规模实现其工程化还需要一定的时间和研究。

除上面提及的几种应用之外，厌氧氨氧化工艺对与处理污泥液、畜禽养殖废水、味精废水、焦化废水、含盐废水以及其他类型的废水均体现了良好的可行性，具有很高的研究价值和较好的前景。

五、厌氧氨氧化的影响因素

(一)光和温度对厌氧氨氧化的影响

厌氧氨氧化菌的活性会受到光照的抑制，因此为了保证反应顺利进行实验通常在黑暗遮光环境中进行。厌氧氨氧化菌的细菌活动都是由酶完成的，酶的活性受温度影响很大，因此温度是影响厌氧氨氧化的一个重要因素。李小霞等人[3]通过实验证明，在HRT为12h，PH为7.5～8.5，进水平均质量浓度分别为的条件下，厌氧氨氧化的最适温度范围为30℃～35℃。

(二)pH对厌氧氨氧化的影响

pH对微生物的酶活性也有重要的活性，它可改变酶分子和底物分子的带电状态，影响酶和底物的结合；pH还会影响培养基中的基质离子化作用，间接影响微生物的活性。另外，由于厌氧氨氧化反应过程会有碱度的产生，因此随着反应的进行pH会逐渐升高，因此pH是影响厌氧氨氧化的一个重要因素。

(三)溶解氧对厌氧氨氧化的影响

ANAMMOX是一个严格的厌氧反应，厌氧氨氧化菌对氧气非常敏感，因此控制反应中的溶解氧是极为重要的。一般溶解氧超过2 umol/L就会对厌氧氨氧化菌产生抑制作用。

(四)底物浓度对厌氧氨氧化的影响

厌氧氨氧化的主要底物是亚硝酸盐氮和氨氮，如果氨氮和亚硝酸盐氮浓度过高反而对厌氧氨氧化细菌具有毒害作用，特别是亚硝酸盐氮对厌氧氨氧化细菌的活性影响较大。

(五)其他因素对厌氧氨氧化的影响

厌氧氨氧化反应所要求的环境极为严谨，除以上因素之外，还有一些因素也会对工艺进程产生影响。比如:HRT、磷酸盐、反应器类型等。

六、工艺前景和展望

ANAMMOX具有传统生物脱氮所不具备的较多优点，并且还有明显的可持续的特点。但是其技术的进程化有一定的限制条件，且运行条件较为苛刻。实际污水处理中的废水成分复杂，冬季温度偏低和厌氧氨氧化菌的敏感度不同等都成为制约厌氧氨氧化技术应用中的障碍。