论厌氧氨氧化技术在污水处理中的进展

王晓燕 谢青松 张睿 王晔

摘 要：厌氧氨氧化技术是一种生物除氮技术，是我国城市污水处理领域当中的一项较为重要的长期任务，这种脱氮能力超强、能耗极低的新型生物除氮技术被视为未来城市污水处理发展的必然趋势，因此，近年来厌氧氨氧化技术逐渐成为了污水处理领域所广泛关注的课题。本文以厌氧氨氧化技术进行污水处理的反应机理为切入点，通过分析厌氧氨氧化菌生产的影响因素，探寻厌氧氨氧化技术在污水处理中的有效应用，并对其未来的应用发展进行展望，进而为我国城市污水处理的优化和发展提供可行性的参考建议。

关键词：厌氧氨氧化技术;污水处理;有效应用

随着工业化建设的不断发展以及城市规模的不断扩大，

环境污染成为了制约人类向前发展的重大难题，这其中，尤以污水处理领域更为困难。随着人类技术的不断发展和进步，诞生了许多新型的污水处理技术，厌氧氨氧化技术就是现阶段较为先进的一种污水处理技术。

1 氧氨氧化技术进行污水处理的反应机理

随着城市规模的不断扩大以及城镇人口数量的激增，城镇生活污水处理成为了摆在人类社会发展面前的一项重要难题，在城镇污水的组成成分中，氮元素，尤其是氨氮形式是城镇污水处理的主要对象。

一直以来，氨氮形式被视为只有在好氧的环境下才能够通过相应的氧化酶进行氧化反应，但是生物学家Mulder发现，在厌氧的条件下，氨氮也能够发生氧化反应，并通过一系列的同位素标记实验得以证明，人们才正式的认识到厌氧氨氧化的代谢途径。Mulder所提出的厌氧氨氧化过程NO2-得到4个电子而转化成为NH2OH，NH2OH再与氨（NH4-）发生反应而生成N2H4，N2H4在失去四个电子之后而生成氮气，进而完成厌氧条件下氨（NH4-）的氧化过程，当前，城市污水处理过程中应用最为广泛的厌氧氨氧化计量公式是Strous团队提出的，主要是利用SBR反应器富集厌氧氨氧化细菌。

2 厌氧氨氧化菌生产的影响因素

厌氧氨氧化菌是污水处理进行厌氧氨氧化技术应用的核心内容，目前并没有一套成熟的技术来进行厌氧氨氧化菌的纯培养，多数还是采用富集的手段来获取活性好，含量高的混合菌种，由于厌氧氨氧化菌的生长条件极为苛刻，因此，要想有效应用厌氧氨氧化技术进行污水处理就必须深入研究厌氧氨氧化菌生产的影响因素。

2.1 底物浓度

氨氮以及亚硝态氮是厌氧氨氧化菌的主要底物，厌氧氨氧化反应往往需要两者一定量的积累，然而，过高的氨氮以及亚硝态氮浓度还会危害到厌氧氨氧化菌的细胞安全，所以底物的浓度至关重要。生物学家Lotti以及Yun等人通过大量的实验证明：0.4g/L是亚硝态氮对厌氧氨氧化活性的半抑制浓度，且抑制作用是可逆的，游离态的亚硝酸是起到抑制作用的根本物质，同时，通过抑制动力学研究表明，氨氮以及亚硝态氮的完全抑制浓度分别为：489.03mg/L和192.36mg/L。

2.2 温度

众所周知，无论厌氧氨氧化反应还是细胞的生长都与温度有着密切的联系，通常情况下，温度越高，细胞生长越快，生化反应的速率也就越快。通过科学家大量的实验论证可以得出：厌氧氨氧化菌生长的最佳温度在37℃左右，厌氧氨氧化反应速率的适配区间为15℃-40℃之间，且在温度区间范围内，温度越低则厌氧氨氧化菌的稳定性越强。

2.3 溶解氧浓度

作为一种厌氧菌，厌氧氨氧化菌在进行厌氧氨氧化反应时对溶解氧的浓度要求较高。在传统技术上，0%的氧饱和浓度才会发生厌氧氨氧化反应，然而，在一体式复合菌种反应器中，好氧呼吸细菌会在氧气接触厌氧氨氧化菌之前就对其进行吸收利用，在梯度氧浓度或者低氧反应器中，好氧呼吸细菌与厌氧氨氧化菌是可以共同存在的，因此，我们可以得出结论：只要在合适的组合工艺条件下，厌氧氨氧化菌是可以适应一定浓度的氧气的，这种发现对于厌氧氨氧化菌的实际应用具有十分重要的现实意义。

2.4 有机物

厌氧氨氧化菌是一种化能自养菌，主要是以无机碳作为主要碳源，厌氧氨氧化菌在充足的无机碳环境下可以得到快速的增长，且具备较高的活性，但是，城市污水的碳元素主要由有机碳组成，过高的有机碳含量往往会一直厌氧氨氧化菌的生长。因此，城市污水处理在实际应用厌氧氨氧化技术进行处理的过程中，要充分重视有机物存在的条件下厌氧氨氧化如何保持稳定性。

3 氧氨氧化技术在污水处理中的有效应用

3.1 PNA技术

PNA技术，也称之为部分短程硝化--厌氧氨氧化技术，在处理高氨氮废水领域，已經取得了较高的成绩，然而，该项技术在进行城市污水处理过程中并没有强有力的实证资料和理论依据。PNA是一种高效生物氮技术，在城市污水处理的应用过程中，科学家经过不断的摸索，采用了生物除磷--部分硝化--厌氧氨氧化的组合工艺，实现了磷、碳、氮等元素的同步去除，但该项技术在未来发展过程中仍面临几项瓶颈：①碳源在预处理过程中不稳定;②厌氧氨氧化菌在低温条件下的活性问题;③如何实现低温条件下进行NOB（短程硝化反应）的抑制。

3.2 SNAD技术

SNAD技术，也称之为同时部分硝化--厌氧氨氧化--反硝化技术，主要是一种处理低氨氮污水的处理工艺，在该厌氧氨氧化技术中，在低氧质量浓度的条件下，氨氮通过AOB（同时部分硝化反应）部分转化成为亚硝酸盐，之后，厌氧氨氧化菌利用剩余的氨氧和转化的亚硝酸盐进行厌氧氨氧化反应，生成产物为硝酸盐和氮气，最后利用碳源DNB通过反硝化反应将硝酸盐再转化成为氮气。当前，SNAD技术通过利用悬浮活性污泥处理城市生活污水和利用非织造旋转生物反应器处理低碳氮比的城市污水都取得了较好的成果，为SNAD技术进行城市生活污水提供了较高的技术支撑，主要依赖于SNAD生物膜良好的反硝化和厌氧氨氧化特性。

3.3 PDA技术

PDA技术，也称之为短程反硝化--厌氧氨氧化技术，主要的反应原理就是通过短程反硝化反应，将硝酸盐还原成为亚硝酸盐，进而为厌氧氨氧化反应提供基质。短程反硝化--厌氧氨氧化技术同时处理生活污水和硝酸盐的效果极其明显，对于城市生活污水中的NO3--N、NH4+-N、COD的平均去除率达到了89.3%、97.5%以及78.6%，PDA技术为低温条件下厌氧氨氧化技术进行城市生活污水处理应用找寻到了前进的新方向，该项工艺不仅在环境上还是经济上都能够满足城市污水处理的要求，还能够发展成为高质量浓度硝酸盐废水处理以及解决高氨氮废水厌氧氨氧化出水和城市污水深度脱氮问题的全新处理工艺。

4 厌氧氨氧化技术在污水处理应用的未来展望

随着厌氧氨氧化技术在城市污水处理应用的不断深入，城市发展在城市污水处理方面投入的不断加大，经过科学家们不断的努力，一些全新的组合工艺应运而生，为厌氧氨氧化技术在城市污水处理的实际应用提供了坚实的技术支撑。当前，新晋诞生的一种厌氧氨氧化技术，厌氧固定床反应器（去除COD）--序批式反应器（B1）--厌氧氨氧化移动床生物膜反应器（去除B1出水的NO3--N）工艺突破了城市污水处理高污泥产量和高耗能的限制，在实际应用过程中，不仅有效降低的污泥产量，实现节能环保，同时还实现了去除70%-90%的氮氧化物效率、去除40%-70%的总氮、去除80%-90%的COD，是目前最具应用前景的厌氧氨氧化技术。

5 结语

综上所述，厌氧氨氧化技术是当前最具发展前景的城市污水处理技术，其节能环保、占地较小、处理效率高且能耗低的特性使其拥有十分广阔的应用发展空间。当前厌氧氨氧化技术在城市污水处理的应用尚处于初级阶段，分子生物领域专家要加强这方面的技术投入和研发投入，深入剖析厌氧氨氧化菌的生长特性和因素，为厌氧氨氧化污水处理工艺的深度发展奠定坚实的技术基础。

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