厌氧氨氧化反应器的比较研究综述

陈佳明 刘思伯 郭佳文 季佳鑫

摘要：近年来，厌氧氨氧化（ANAMMOX）已成为国内外研究热点，且上流式厌氧污泥床反应器（UASB）、序批式活性污泥法（SBR）、膜生物反应器（MBR）等各类型反应器均成功应用于厌氧氨氧化启动。本文根据厌氧氨氧化细菌及厌氧氨氧化反应的基本特征，分析MBR和SBR两种反应器的优劣，并对反应器今后发展方向提出展望。

关键字：厌氧氨氧化；UASB；MBR；SBR

1. 厌氧氨氧化反应及厌氧氨氧化细菌的特性[1]：

厌氧氨氧化即在厌氧或缺氧的条件下，厌氧氨氧化细菌直接以NH4-N 为电子供体，以 NO2-N 为电子受体，将 NH4-N 和 NO2-N转化成 N2 的生物过程。其反应式（加入微生物本身）为

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

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

厌氧氨氧化细菌为化能自养型细菌，以CO2为唯一碳源，且对氧敏感，只能在氧分压低于5%氧饱和（以空气中的氧浓度为100%）的条件下生存，一旦氧分压超过18%氧饱和，其活性将受到抑制，但该抑制是可逆的。厌氧氨氧化菌的最佳生长pH范围为6.7-8.3，最佳生长温度范围在20-43℃，厌氧氨氧化菌对氨和亚硝酸的亲和力常数都低于l×10-4 g/N·L基质浓度过高会抑制厌氧氨氧化菌活性[2]。

根据厌氧氨氧化细菌的特性和实际应用中的要求，决定了反应器基本的必需条件[3]：

（1） 反应器需维持足够生物量，才能达到良好的脱单效果

（2） 厌氧氨氧化菌比增殖速率低，生长量缓慢，则要求反应器能平稳可靠运行，尽可能保证微生物不流失。

（3） 厌氧菌对环境要求严苛，反应器必须厌氧。

2. 反应器的比较

2.1膜生物反应器（MBR）

膜生物反应器为膜分离技术与生物处理技术有机结合之新型态废水处理系统。以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，从而减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量。

膜生物反应器主要优势如下：

（1） MBR有利于增值缓慢的硝化细菌的截留、生长和繁殖，系统硝化效率高，且污泥浓度（MLSS）较高；

（2） 微生物完全截留在反应器中，实现反应器水力停留时间（HRT）和污泥泥龄（STR）的完全分离，使运行控制更加灵活稳定；

（3） 装置紧凑，便于维护管理。

首先，膜污染带来的高费用和高能耗。膜生物反应器的投资主要来自膜的购置和膜的更换。随着膜材料成 本的降低，膜的购置费也大大降低。膜的更换频率与膜 的寿命直接相关，而膜污染在很大程度上决定了膜的更换频率，增加了膜的更换次数。另外，膜污染造成膜通量下降，致使能耗加大，这是造成MBR高能耗的主要原因之一。

其次，设备运行费用高。较高的能耗是制约MBR广泛应用的主要问题之一。MBR系统的曝气能耗占MBR运行能耗的 70%以上，有时甚至高达 95%，是 MBR 运行能耗的最主要来源。由于膜生物反应器内污泥浓度高，生物反应和维持污泥悬浮状态需要消耗的氧气量大，其高浓度的污泥环境下氧的传质效率低，因此，如何确定最佳的曝气量以及提高氧的传质和利用率，对 MBR运行费用的降低有着非常重要的意义[4]。

2.2 序批次活性污泥法（SBR）

传统的SBR反应器是在一个池子中完成有机物的降解，其运行过程分为进水、反应、沉淀、排水排泥、闲置5个阶段，称为一个运行周期。

SBR 反应器的优点有：①运行过程中形成了时间上的理想推流状态，因而生化反应推动力大；②其排水时属于理想沉淀状态，沉淀效果好；③可灵活选择不同的运行方式，可达 到良好的脱氮除磷效果；④在一个周期内，反应器的溶解氧浓度不断变化，有效抑制了污泥膨胀的发生；⑤耐冲击负荷、处理能力强；六是活性污泥沉降性能好。

SBR 反应器的缺点有：①连续进水时，需要较大的调节池；②对于多个SBR 反应器，其进水和排水的阀门自动切换频繁；③无法达到大型污水处理项目之连续进水、出水的要求； ④设备的闲置率较高；五是污水提升水头损失较大；⑥如果需要后处理，则需要较大容积的调节池[5]。

3. 对厌氧氨氧化反应器的展望、总结

厌氧氨氧化是废水研究的新领域，适应反應器的开发只是其中一个重要的研究内容，在现有基础上还有很多值得深入研究的方面：、

MBR需研发高性能膜材料。增强机械强度、化学稳定性和延长使用寿命，以此减少更换费用；膜污染机理及防治技术。了解MBR污染机理，采取合理的处理手段，减少膜污染带来的高能耗。 研发出耐污染的高性能膜组件；预处理的优化。有效的预处理工艺不仅可以有效减少膜污染，降低能耗，而且可以得到更优的出水水质。

SBR设备闲置率过高，还需要与更多技术相结合，以取长补短，更好的发展。相信随着科技的发展，厌氧氨氧化反应器会产生更大进步，以更经济更环保的方式投入到实际污水处理应用中。

参考文献：

[1]胡倩怡，郑平，康达.厌氧氨氧化菌的种类、特性与检测.应用与环境生物学报[J].2017，23（2）：384-391.

[2]郑平，张蕾.厌氧氨氧化菌的特性与分类.浙江大学学报[J].2009，35（5）：473-481.

[3]齐京燕，李旭东，曾抗美，罗世希，袁世斌. 厌氧氨氧化反应器研究进展.应用与环境生物学报[J]. 2007，13（5）：748-752

[4]许宝华，朱桂生，黄诚 膜生物反应器处理轻工废水研究进展.安徽化工[J].2016，42（6）：12-17.

[5]王尚文，李 巍，李树辉.SBR 反应器及其变型工艺研究进展.科技情报开发与经济[J].2009，19（12）：147-149.