一體化厭氧氨氧化工藝
在上一期中我們了解到兩段式厭氧氨氧化工藝并沒(méi)有得到持續(xù)的推廣。相反，目前厭氧氨氧化實(shí)際工程中大部分都采用一體化工藝。那么什么是一體化工藝呢，它又是怎么發(fā)展起來(lái)的呢？這一期我們就詳細(xì)介紹一下。
首先我們了解下一體化厭氧氨氧化的技術(shù)原理：一體化厭氧氨氧化工藝是指AOB和Anammox菌存在同一反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器在充氧的條件下，同時(shí)發(fā)生短程硝化和厭氧氨氧化反應(yīng)，將進(jìn)水中的氨氮直接轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻?/span>
其方程式是這樣的：
短程硝化（Nitritation）
1.32NH3+1.98O2
→ 1.32NO2- + 1.32H+ + 1.3H2O
厭氧氨氧化（Anammox）
NH3+1.32NO2 + H+
→0.26NO3- + 1.02N2+2H2O
整體反應(yīng)（Deammonification）
NH3+ 0.85O2
→ 0.44N2 + 0.11NO3-+ 1.43H2O + 0.14H+
而實(shí)際上，一體化厭氧氨氧化工藝是與兩段式工藝平行發(fā)展起來(lái)的，梳理一體化工藝的發(fā)展歷史，大家會(huì)發(fā)現(xiàn)工程應(yīng)用領(lǐng)域和科學(xué)研究領(lǐng)域之間微妙的關(guān)系。
一體化工藝的發(fā)展歷史
1.來(lái)自學(xué)術(shù)界的嘗試：
在厭氧氨氧化菌初期研究，有重要的一個(gè)觀點(diǎn)是“厭氧氨氧化菌會(huì)受到DO的抑制而失去活性”。從此在富集厭氧氨氧化菌的試驗(yàn)研究中，科研工作者都會(huì)盡可能避免溶解氧對(duì)厭氧氨氧化菌增殖的抑制。小編在培養(yǎng)厭氧氨氧化菌試驗(yàn)過(guò)程中，也對(duì)進(jìn)水進(jìn)行氮?dú)獯得撘员苊庋鯕庥绊�，也�?jīng)歷過(guò)氧氣混入進(jìn)水導(dǎo)致系統(tǒng)脫氮效果大幅下降的情況。因此對(duì)于一體化厭氧氨氧化工藝，大家的思維慣性認(rèn)知是：一體化富集培養(yǎng)厭氧氨氧化菌雖然可行，但是存在溶解氧抑制，一體化較之兩段式應(yīng)該更加困難富集厭氧氨氧化菌。
但是科研工作者總是喜歡挑戰(zhàn)困難，并且利用事實(shí)來(lái)說(shuō)明道理。因此科研工作者運(yùn)用不同的工藝和啟動(dòng)方式進(jìn)行了一系列的嘗試和研究，通過(guò)接種厭氧氨氧化菌或者硝化污泥，控制溶解氧等，在2000年前后，就成功建立了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的短程硝化-厭氧氨氧化系統(tǒng)。典型的一體化工藝有：OLAND、CANON工藝等。實(shí)驗(yàn)室的研究說(shuō)明一體化工藝具有技術(shù)可行性。但是實(shí)驗(yàn)室中一體化工藝的負(fù)荷較之兩段式偏低，導(dǎo)致當(dāng)時(shí)一體化工藝的推廣應(yīng)用的吸引力有限。
2.來(lái)自工程界的現(xiàn)象：
本世紀(jì)初，郝曉地教授與Mark教授合作發(fā)文，通過(guò)模型推測(cè)在高氨氮硝化生物膜中必然存在厭氧氨氧化菌生長(zhǎng)的條件。那么在實(shí)際的高氨氮廢水處理工程，能否觀察到厭氧氨氧化現(xiàn)象呢？答案是肯定的。在德國(guó)的漢諾威等一些高氨氮污水處理廠，在氨氮負(fù)荷情況下出現(xiàn)了不明的氮損失，用反硝化反應(yīng)、同化反應(yīng)等已知途徑都無(wú)法合理的解釋。2002年到科研人員應(yīng)用氮示蹤和分子生物學(xué)技術(shù)確認(rèn)了氮損失主要來(lái)自于厭氧氨氧化途徑。同時(shí)在世界其他各地，也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)高氨氮廢水系統(tǒng)中紅色生物膜的出現(xiàn)。實(shí)際工程中出現(xiàn)的厭氧氨氧化現(xiàn)象說(shuō)明一體化工藝的工程可行性。
3.商業(yè)化的嘗試：
隨著對(duì)一體化厭氧氨氧化研究的深入，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，一體化厭氧氨氧化工藝具有啟動(dòng)迅速、流程簡(jiǎn)單、操作方便的優(yōu)點(diǎn)。雖然在去除負(fù)荷等方面不及兩段式工藝，但是一體化在工程應(yīng)用中的綜合優(yōu)勢(shì)明顯。隨著工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的積累和運(yùn)行控制策略的完善，目前高氨氮廢水厭氧氨氧化工程已經(jīng)進(jìn)入到全面推廣的階段。在這個(gè)過(guò)程中有兩個(gè)公司走在了全球應(yīng)用推廣的前列。
第一個(gè)是Paques公司。上一期介紹到，帕克公司參與了世界上首個(gè)兩段式厭氧氨氧化工程的應(yīng)用研究。與此同時(shí)該公司基于荷蘭代爾夫特的技術(shù)支持，也開展顆粒污泥形式的一體化厭氧氨氧化工程示范，目前該公司主要推廣的也是該工藝形式，而帕克公司建設(shè)運(yùn)行的厭氧氨氧化工程，其處理規(guī)模全球第一。
另外一個(gè)是DEMON公司。DEMON公司在瑞士注冊(cè)，以絮體污泥和顆粒污泥結(jié)合的形式，通過(guò)pH進(jìn)行在線控制，通過(guò)旋流分離器實(shí)現(xiàn)菌種持留。年推測(cè)該公司可能和德國(guó)水務(wù)集團(tuán)、瑞士EAWAG以及奧地利因斯布魯克大學(xué)的Benard Wett教授密切相關(guān)。目前DEMON公司建設(shè)運(yùn)行的厭氧氨氧化工程，數(shù)量全球第一。
4.未來(lái)發(fā)展：
目前多家水務(wù)集團(tuán)都開發(fā)了不同類型的一體化厭氧氨氧化工藝，并注冊(cè)專利技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外進(jìn)行推廣。未來(lái)應(yīng)用厭氧氨氧化技術(shù)處理的工程項(xiàng)目會(huì)不斷增加。高氨氮廢水厭氧氨氧化處理領(lǐng)域，還是環(huán)保領(lǐng)域的藍(lán)海。
篇外語(yǔ)：城市污水處理中是否也應(yīng)該選擇一體化厭氧氨氧化工藝呢。Mark教授在新加坡水周的會(huì)議中曾說(shuō)道：“高氨氮廢水研究中一體化工藝已經(jīng)成為主流，但是在城市污水的應(yīng)用中，我對(duì)選擇兩段式工藝和一體化工藝還持有保留的態(tài)度。”小編認(rèn)為，未來(lái)城市污水厭氧氨氧化工藝的主流也是一體化工藝。大家如果有不同的見解可以給我們留言或發(fā)送郵件，我們會(huì)第一時(shí)間回復(fù)您！
