厌氧氨氧化应用的研究

厉 巍 李 静 李 龙

厌氧氨氧化应用的研究

厉 巍 李 静 李 龙

厌氧氨氧化的发现为在废水处理中实现高效、低耗、可持续性的脱氮奠定了坚实的基础。因此，该技术的研究也成为近几年水处理方向的热点。拟从厌氧氨氧化的发现及反应原理入手，综述了厌氧氨氧化的应用方面的研究进展，并介绍了工艺存在的问题和相应的对策。

厌氧氨氧化; 应用; 问题和对策

随着低碳观念的深入人心，未来的城市生活污水将向低碳源高氨氮的方向变化。这对传统的水处理将是一种挑战，碳源不足必将成为最主要的问题，而这方面的研究也将随之成为水处理的热点。厌氧氨氧化的发现可以说是目前最有前途的一种脱氮途径。在这一过程中，氨与亚硝酸盐直接反应生成氮气，氨作为电子供体，亚硝酸盐作为电子受体。而且厌氧氨氧化是自养的微生物过程，不需外加碳源，污泥产率低。与部分硝化工艺相结合，更能减少需氧量50%—60%。这种可持续污水处理技术引起了许多学者的研究兴趣。

1 厌氧氨氧化的概述

1990年,Mulder等人在反硝化流化床研究中观察到氨的消失,并计算出氨去除速率最大可达到0.4kgN/m3·d,还发现随着氨的转化,硝酸根逐渐消失,并伴有气体产生。因此,他们猜测在厌氧条件下,反应器内可能存在以硝酸根为电子受体的氨的氧化反应。随后,他们进行了一系列的深入研究,证明了在氨转化过程中此假定的存在,并起名为厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonia Oxidation,ANAMMOX)[1]。1997年,van de Graaf等人用15N标记NH4+的试验发现:ANAMMOX反应中生成高达98.2%的N2是14N和15N,仅1.7%的N2是15N[2]。这表明,ANAMMOX的代谢途径更可能为:图1

图1 Anammox的可能代谢途径

2 厌氧氨氧化的应用

任何一种工艺或技术的发展，其最终目的,必定是要运用到解决实际问题上来,ANAMMOX也不例外。卢俊平等[3]用亚硝化-厌氧氨氧化组合工艺处理高氨氮模拟废水，NH3-N和TN的平均去除率分别达96%和76.1%。研究表明，系统的处理效果直接受限于亚硝化反应器出水NH3-N和NO2-N的浓度比。有机物虽然在一定程度上降低厌氧氨氧化的生物脱氮效率，但是在高氨氮、低碳氮比的水质条件下并不会对厌氧氨氧化菌的活性及工艺的脱氮性能产生严重影响。

由于厌氧氨氧化技术适合于处理碳氮比较低的废水,目前的研究对象主要有猪粪废水，消化污泥上清液、垃圾渗滤液等。

厌氧氨氧化技术适合于处理低碳源的废水,目前的研究对象主要为猪粪废水，消化污泥上清液、垃圾渗滤液等。YAMAMOTO等[4]用ANAMMOX工艺处理猪粪废水, 其后运行的70 d进水转为连续流方式,维持NLR为0.22 kg/(m3·d),结果表明脱氮效果良好,厌氧氨氧化菌由红色变为灰黑色,NO2-N消耗量和NO3-N的生成量同时下降,厌氧氨氧化反应比率(即NH4+-N消耗量∶NO2-N消耗量∶NO3-N生成量)为1.00∶1.67∶0.53,与之前报道的不同(1.00∶1.32∶0.26)。在氮负荷为1.0 kg/(m3·d)时,运行120 d后取得了稳定的部分亚硝化效果,未出现NOB对抑制物(氨和HNO2)的适应性,NH4+转化为NO2-N和NO3-N的转化率分别约为58%和5%; 由于NO3-N浓度的增加会提高ANAMMOX工艺的后续处理成本,所以如何消除NO-3-N累积值得深入研究。

消化污泥上清液作为ANAMMOX工艺最初的处理对象,目前的研究报道相对较多,但鉴于该工艺仍存在一些没有解决的技术难题,目前仅有荷兰Dokhaven污水处理厂一个生产规模的运行实例。国内的相关报道相对较少,同济大学吴永华等[5]通过小试初步验证了硝化-厌氧氨氧化组合反应器处理城市厌氧消化污泥滤液的可行性,水力停留时间为30 h,总氮容积负荷达到493. 4 kg·m-3d-1时,其去除率约为71%。

深圳市下坪固体废弃物填埋场渗滤液处理厂[6]在一年多的运行过程中,发现控制溶解氧在1mg·L-1左右,进水氨氮lt;800 mg·L-1,氨氮负荷lt;0. 46 kg·m-3d-1的条件下, SBR反应器中实现了CANON工艺,氨氮去除率gt;95%,总氮去除率gt;90%。湖南大学徐峥勇[7]等采用自主设计的序批式生物膜反应器(SBBR),以长沙市某垃圾填埋场渗滤液为处理对象,也实现了单级的厌氧氨氧化过程,环境温度控制在(32±0. 4)℃,经过58 d的驯化和33 d的稳定,反应器的脱氮效率最高可达95%。

3 厌氧氨氧化工艺存在的主要问题及对策

厌氧氨氧化工艺的发展为实现高效低耗，尤其是在倡导“低碳”的今天，开辟了新的脱碳研究方向。由于起步较晚,在实际应用过程中，仍有许多问题亟待解决：

3.1厌氧氨氧化菌倍增时间长,培养环境要求苛刻，因此,如何缩短其倍增时间,促进其快速繁殖,对于ANAMMOX工艺的实际应用具有重要的现实意义。同时,对如何缩短厌氧氨氧化反应器的启动时间、优化工艺参数、提高效率等方面也有必要进行深入研究。

3.2高有机物浓度，高浓度NH+4-N和硝态氮等存在对ANAMMOX反应也有抑制作用，所以有必要对厌氧氨氧化反应的微生物相进行深入研究,真正了解该类微生物的最佳生长代谢条件及其生长繁殖缓慢的根本原因。

3.3系统反应所需要的温度较高,实际水处理很难达到。在较低温度条件下,ANAMMOX菌活性难以提高,考虑到城市污水处理工程的实际情况,相对于升高温度和增加非曝气反应时间。对于两种途径来说,适当提高ANAMMOX菌生物量,可能是提高ANAMMOX工艺脱氮效果的优选途径。

总括起来, 一是要加强对微生物的特性的了解，二是要对ANAMMOX反应的机理、代谢方式和菌种驯化技术等方面进行研究,三是要在宏观上优化工艺的条件,结合实际情况进行工艺改良,并在实验室小试实验成果的基础上积极进行推广,以利于实现厌氧氨氧化工艺的普遍化。

4 结语

厌氧氨氧化是目前比较先进，比较理想的一种可持续脱氮工艺。与其它脱氮工艺相比，实现了氨氮的短途径转化,具有极大的优越性。目前,虽然厌氧氨氧化工艺的研究还不够成熟,但其先天具有的可持续优越性,为其后续的发展普及奠定了坚实的基础。

[1] Mulder A,Van de Graaf A.A.et al.FEMS Microbiology Ecology.1995,16:177-184.

[2] van de Graaf A.A ,de Bruijnp, Robertson LA et.al.Metabolic pathway of anaerobic ammonium oxidation on the basis of 15N studies in a fluidized bed reactor,1997,143:2415-2421.

[3]卢俊平，杜兵，孙艳玲等.亚硝化-厌氧氨氧化组合工艺脱氮研究[J].中国给水排水,2006,22(15):40-43

[4] YAMAMOTO T,TAKAKI K,KOYAMA T,et al.Long-termstability of partial nitritation of swine wastewater digester liquor and its subsequent treatment by Anammox[J].Bioresour.Technol.,2008,99(14):6419-6425.

[5]吴永华,王劲,崔力明.硝化-厌氧氨氧化组合反应器的运行和评价[J].工业用水与废水, 2004, 35(2):10-13.

[6]孟 了,陈 永,陈 石. CANON工艺处理垃圾渗滤液中的高浓度氨氮[J].给水排水,2004, 30(8):24-29.

[7]徐峥勇,杨朝晖,曾光明等.序批式生物膜反应器(SBBR)处理高氨氮渗滤液的脱氮机理研究[J].环境科学学报, 2006, 26(01): 55-60.

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(责任编辑：张钦祥 郑英玲)

ApplicationofANAMMOX

Li Wei Li Jing Li Long

The discovery and application of ANAMMOX supplied us with a new way to achieve the efficiency , low consumption and sustainability in sewage treatment. So, the study in ANAMMOX has become popular in recent years. This paper summarizes the discovery and the reaction principle of ANAMMOX , reviews the application of ANAMMOX fields and discusses the problems and countermeasures in dealing with the problems .

ANAMMOX ; application; problems and countermeasures

厉巍，学生，中国矿业大学环境与测绘学院，江苏·徐州。邮政编码：221000

1672-6758(2011)02-0051-2

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