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9月3日在格格群進(jìn)行了一期非常精彩的專題交流，主題是--“新概念污水處理工藝面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)”，給我們介紹了厭氧氨氧化污水處理工藝，主講人是今天文章的第一作者。

 

文章講述：

 

▼厭氧氨氧化反應(yīng)中常用的亞硝化-厭氧氨氧化工藝（Sharon-Anammox工藝）和完全自養(yǎng)脫氮工藝（CANON工藝）的作用原理、環(huán)境調(diào)控因子與功能性微生物種群動(dòng)態(tài)分布等最新研究進(jìn)展；

▼并且闡述了兩工藝在垃圾滲濾液、厭氧消化液和豬場(chǎng)養(yǎng)殖廢水等低碳氮比廢水的處理應(yīng)用效能和最優(yōu)化控制參數(shù)等，為厭氧氨氧化為主體的污水處理工藝的工程化應(yīng)用提供了技術(shù)支撐；

▼最后，總結(jié)并介紹了國(guó)內(nèi)外厭氧氨氧化工藝現(xiàn)場(chǎng)規(guī)�；瘧�(yīng)用實(shí)例和控制參數(shù)，同時(shí)，對(duì)厭氧氨氧化污水處理工藝實(shí)際應(yīng)用的研究前景及亟待解決的問(wèn)題進(jìn)行了展望。

來(lái)源：《生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)》2014年第3期。

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文

   陳重軍1, 2 王建芳 1 張海芹 1 沈耀良 1, 2 

1. 蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇蘇州 215009；

2. 江蘇省環(huán)境科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇蘇州 215009

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科 普

 

厭氧氨氧化(Anammox) 反應(yīng)

厭氧氨氧化(Anammox) 反應(yīng)是指在厭氧或者缺氧條件下，厭氧氨氧化微生物以NO 2 - -N為電子受體，氧化NH 4 + -N為氮氣的生物過(guò)程。

 

該過(guò)程是一種新型自養(yǎng)生物脫氮反應(yīng)，反應(yīng)無(wú)需外加有機(jī)碳源，且污泥產(chǎn)生量小，相對(duì)于傳統(tǒng)硝化/反硝化脫氮工藝具有顯著優(yōu)勢(shì)，對(duì)處理含高氨氮廢水特別是低有機(jī)碳源廢水具有重大的潛在實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)，厭氧氨氧化為主體的污水處理工藝已經(jīng)在各種類型廢水處理中得到成功應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

 

 

厭氧氨氧化菌

厭氧氨氧化菌是自養(yǎng)菌，生長(zhǎng)率低 （最大比生長(zhǎng)率僅0.0027 h-1），倍增時(shí)間很長(zhǎng) (10-12d)、 細(xì)胞產(chǎn)率極低 (0.11gVSS/g-1NH4+-N)。

 Anammox菌含有c型細(xì)胞色素，導(dǎo)致成熟厭氧氨氧化污泥呈現(xiàn)亮紅色。 

 

 

文章重點(diǎn)

 

 

文章綜述了厭氧氨氧化反應(yīng)中常用的亞硝化-厭氧氨氧化工藝（Sharon-Anammox工藝）和完全自養(yǎng)脫氮工藝（CANON工藝）的作用原理、環(huán)境調(diào)控因子與功能性微生物種群動(dòng)態(tài)分布等最新研究進(jìn)展，且闡述了兩工藝在垃圾滲濾液、厭氧消化液和豬場(chǎng)養(yǎng)殖廢水等低碳氮比廢水的處理應(yīng)用效能和最優(yōu)化控制參數(shù)等，為厭氧氨氧化為主體的污水處理工藝的工程化應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

 

最后，總結(jié)并介紹了國(guó)內(nèi)外厭氧氨氧化工藝現(xiàn)場(chǎng)規(guī)模化應(yīng)用實(shí)例和控制參數(shù)，同時(shí)，對(duì)厭氧氨氧化污水處理工藝實(shí)際應(yīng)用的研究前景及亟待解決的問(wèn)題進(jìn)行了展望，認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中Anammox菌的快速富集培養(yǎng)、有機(jī)碳源對(duì)Anammox菌的抑制效應(yīng)以及厭氧氨氧化工藝的廣譜適用性等將是厭氧氨氧化工藝大規(guī)模應(yīng)用的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題。為厭氧氨氧化工藝實(shí)際應(yīng)用控制和推廣提供了理論基礎(chǔ)，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

 

優(yōu)勢(shì)

厭氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation，Anammox) 工藝相比傳統(tǒng)硝化-反硝化工藝，該過(guò)程可降低50%的曝氣量、100%的有機(jī)碳源以及90%的運(yùn)行費(fèi)用(Jetten 等, 2001; Tal 等, 2006)，且污泥產(chǎn)率低，以厭氧氨氧化為主體的污水處理工藝的研究和開發(fā)，給我國(guó)目前污水處理界面臨的低碳氮比廢水脫氮難、能耗高、污泥產(chǎn)量大等問(wèn)題帶來(lái)了曙光(Ruiz 等, 2003)。

 

近年來(lái)，學(xué)者開發(fā)了多種厭氧氨氧化為主體的污水處理工藝，其中研究和應(yīng)用最為廣泛的為亞硝化-厭氧氨氧化工藝（Sharon-Anammox）(Shalini和Joseph, 2012)、完全自養(yǎng)脫氮工藝（Completelyautotrophic ammonium removal over nitrite, 簡(jiǎn)稱CANON）等。作者在闡明厭氧氨氧化污水處理工藝原理和控制參數(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)上述兩種工藝的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)與展望，旨在為開發(fā)投資小、運(yùn)行費(fèi)用低、脫氮效率穩(wěn)定的厭氧氨氧化脫氮新技術(shù)提供指導(dǎo)。

 

 

Sharon-Anam m ox工藝

 

1

工藝原理與控制參數(shù)

 

Sharon-Anammox工藝是現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的厭氧氨氧化工藝，它主要分為兩步，第一步SHARON段，50～60%的氨氮被氧化成亞硝態(tài)氮，第二步Anammox段，剩余的氨氮與新生成的亞硝態(tài)氮進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)生成氮?dú)�，并生成部分硝態(tài)氮，兩段反應(yīng)分別在不同的反應(yīng)器中完成，過(guò)程見圖1(Schmidt 等, 2003)。Sharon和Anammox工藝聯(lián)用，僅需將50%的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮，后續(xù)無(wú)需外加亞硝氮，且大多數(shù)厭氧出水含有以重碳酸鹽存在的堿度可以補(bǔ)償亞硝化所造成的堿度消耗，實(shí)現(xiàn)工藝堿度自平衡(Ahn, 2006; 馬從安和張樹德,2008)。同時(shí)，工藝一般把亞硝化和厭氧氨氧化菌分置在兩個(gè)不同反應(yīng)器內(nèi)，或者在一個(gè)反應(yīng)器在不同時(shí)期設(shè)置不同條件，讓兩類菌分別產(chǎn)生作用，實(shí)現(xiàn)了分相處理，為功能菌的生長(zhǎng)提供了良好的環(huán)境(Shalini和Joseph, 2013)，并且減少了進(jìn)水中有害物質(zhì)對(duì)厭氧氨氧化菌的抑制效應(yīng)(Vazquez-Padin 等,2009)。Sharon-Anammox聯(lián)合工藝操作簡(jiǎn)單、處理負(fù)荷高，在亞硝化段需氧量低，pH值要求范圍寬，厭氧氨氧化段氧化還原電位低，厭氧環(huán)境好(vanDongen 等, 2001)。相比亞硝化-反硝化工藝，曝氣量大大降低，造成亞硝化段所需溶氧量低，低溶解氧的環(huán)境下，亞硝酸鹽氧化菌（Nitrite OxidizingBacteria，NOB）對(duì)氧的親和力低，適合富集氨氧化菌（Ammonia Oxidizing Bacteria，AOB）的生長(zhǎng)，為亞硝化反應(yīng)提供了適宜的環(huán)境；而且該聯(lián)合工藝還大大降低了NO和N 2 O等溫室氣體的排放，NO和N 2 O僅占氮負(fù)荷的0.203%和2.3%(Kampschreur 等,2008)。

 

要保證Sharon-Anammox工藝的順利進(jìn)行，首先要保證Sharon段的出水能穩(wěn)定達(dá)到后續(xù)Anammox段的要求，出水亞硝態(tài)氮和氨氮的比例約1～1.3之間。因此，如何保證Sharon段的出水要求是近年來(lái)學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。Jetten等認(rèn)為Sharon段適合在搖動(dòng)床反應(yīng)器中進(jìn)行，無(wú)污泥持留，水力停留時(shí)間為1 d，適宜水溫 30～40 ℃，pH值 6.6～7.0 (Jetten 等,1997)。Sharon反應(yīng)主要以AOB為主導(dǎo)，一般為革蘭氏陰性菌，嚴(yán)格好氧，無(wú)機(jī)化能自養(yǎng)，倍增時(shí)間跨度較大，在8 h到幾天之間(鄭平等, 2004)。亞硝化菌擁有5個(gè)屬：亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)、亞硝化螺菌屬 (Nitrosospira) 、 亞硝化球菌屬(Nitrosococcus)、亞硝化弧菌屬(Nitrosovibrio)和亞硝化葉菌屬(Nitrosolobus)，共計(jì)15個(gè)種(劉杰等,2009)。而Anammox菌屬化能自養(yǎng)的專性厭氧菌，生長(zhǎng)緩慢，倍增時(shí)長(zhǎng)（約11d），適宜生長(zhǎng)溫度為20～43 ℃，最佳生長(zhǎng)溫度為40 ℃，pH范圍6.7～8.3，最佳為8.0 (Chen等, 2013; de Graaf等, 1996)。Anammox菌為革蘭氏陰性球菌，直徑約800~1100nm ， 屬于浮霉菌目 ，Anammox 菌 科(Anammoxiceae），Anammox菌主要有5個(gè)屬，即“Candidatus Kuenenia”, “Candidatus Brocadia”,“Candidatus  Anammoxoglobus”,  “CandidatusScalindua”和“Candidatus Jettenia” (Mansell, 2011)。Sharon段和Anammox段的功能菌群的生理特征和生存環(huán)境存在顯著差異，而該工藝把兩種功能菌設(shè)置在不同環(huán)境中，為發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)提供了良好的保障。

 

2

工藝應(yīng)用

 

20世紀(jì)末，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)大學(xué)將Sharon-Anammox串聯(lián)工藝應(yīng)用于荷蘭Dokhaven城鎮(zhèn)生活污水處理廠實(shí)際污水處理中，開創(chuàng)了該工藝應(yīng)用的先河，后續(xù)該工藝也已在歐洲多個(gè)污水處理廠中得到成功應(yīng)用(van der Star 等, 2007)。但高濃度有機(jī)碳源將對(duì)Anammox菌產(chǎn)生抑制作用，因此，Sharon-Anammox串聯(lián)工藝目前主要用于低碳氮比廢水的處理，主要應(yīng)用于垃圾滲濾液、養(yǎng)殖廢水、城鎮(zhèn)污水處理廠厭氧消化液、味精加工廢水等的處理，均取得了優(yōu)異的效果。

 

垃圾滲濾液因含有高濃度氨氮、有機(jī)碳源不足的問(wèn)題，造成達(dá)標(biāo)處理難，是城鎮(zhèn)生活垃圾填埋方式面臨的最大挑戰(zhàn)。而Sharon-Anammox工藝可用來(lái)處理垃圾滲濾液，Liang和Liu(2008)采用固定床生物膜反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)Sharon和Anammox串聯(lián)，當(dāng)溫度為（30±1）℃，垃圾滲濾液氨氮負(fù)荷為0.27～1.2kg⋅m -3 ⋅d -1 ，DO= 0.8～2.3 mg⋅L -1 ，Sharon段能穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)出水亞硝態(tài)氮和氨氮比例為1.0～1.3之間，適宜后續(xù) Anammox 處 理 ， Anammox 段溫度控制為（30±1）℃，進(jìn)水氨氮負(fù)荷為0.06～0.11 kg⋅m -3 ⋅d -1 ，該段有60%的氨氮和64%的亞硝態(tài)氮被去除，整個(gè)工藝對(duì)氨氮、總氮和COD的去除率分別達(dá)97%、87%和89%。Akgul等(2012)采用經(jīng)UASB和MBR處理后的垃圾滲濾液，經(jīng)Sharon-Anammox工藝處理，整個(gè)過(guò)程90%以上的COD和總凱氏氮（TNK）得到去除。Colprim等(2011)采用SBR反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)垃圾滲濾液的部分硝化，作為厭氧氨氧化的的預(yù)處理液，研究認(rèn)為pH值是影響亞硝化的重要因素，氨氮氧化實(shí)現(xiàn)半抑制的條件是游離氨質(zhì)量濃度（605.48±87.18）mg⋅L -1 （以N-NH 3 的質(zhì)量計(jì)），游離亞硝酸質(zhì)量濃度（0.49 ± 0.09）mg⋅L -1 （以N-HNO 2 質(zhì)量計(jì)），碳酸氫根質(zhì)量濃度（0.01±0.16）mg⋅L -1 （以C質(zhì)量計(jì)）。在垃圾滲濾液處理中，一般在Anammox段均會(huì)發(fā)生厭氧氨氧化和反硝化協(xié)同作用，Ruscalleda等(2008)發(fā)現(xiàn)城鎮(zhèn)垃圾滲濾液Sharon-Anammox工藝處理過(guò)程中，（85.1±5.6）%的氨氮通過(guò)厭氧氨氧化去除，而（14.9±5.6）%的氨氮通過(guò)異氧反硝化途徑得以去除。而Chien-Ju等(2011)在SBR反應(yīng)器中處理垃圾滲濾液，發(fā)現(xiàn)通過(guò)Sharon-Anammox工藝和反硝化去除的總氮分別為85%～87%和7%～9%。

 

Sharon-Anammox串聯(lián)工藝在低碳氮比豬場(chǎng)養(yǎng)殖廢水處理過(guò)程中也得到廣泛應(yīng)用(王歡等, 2009)。Yamamoto等(2008)通過(guò)調(diào)控游離氨和硝酸根成功實(shí)現(xiàn)豬場(chǎng)養(yǎng)殖廢水的部分硝化，當(dāng)進(jìn)水氮負(fù)荷為1.0kg⋅m −3 ⋅d −1 （以N質(zhì)量計(jì)）時(shí)，經(jīng)過(guò)120 d的培養(yǎng)，氨氮向亞硝態(tài)氮穩(wěn)定在58%左右，且向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化率<5%，亞硝化廢水經(jīng)Anammox反應(yīng)器處理，70 d后氮素去除率達(dá)到0.22 kg⋅m -3 ⋅d -1 （以N質(zhì)量計(jì)），污泥從紅色變?yōu)榛疑�，氨氮、亞硝態(tài)氮去除量以及硝態(tài)氮生成量之比為1∶1.67∶0.53。Hwang等(2005)采用Sharon-Anammox成功實(shí)現(xiàn)豬場(chǎng)廢水中氨氮的去除，SHARON段進(jìn)水氨氮負(fù)荷為0.97 kg⋅m -3 ⋅d -1（以NH 4 -N質(zhì)量計(jì)）時(shí)，其中0.73 kg⋅m -3 ⋅d -1 （以NH 4 -N的質(zhì)量計(jì)）被轉(zhuǎn)化成亞硝氮，而在Anammox段，當(dāng)進(jìn)水氮負(fù)荷為1.36 kg⋅m -3 ⋅d -1 （以N的質(zhì)量計(jì)）時(shí)，有0.72 kg⋅m -3 ⋅d -1 （以N的質(zhì)量計(jì)）被轉(zhuǎn)化為氮?dú)�，氨氮和亞硝態(tài)氮去除量比值為1∶2.13，Candidatus"Kuenenia stuttgartiensis"是反應(yīng)器中主要種群。但豬場(chǎng)廢水中高濃度的有機(jī)物濃度將會(huì)抑制厭氧氨氧化反應(yīng)，Molinuevo等(2009)采用厭氧氨氧化反應(yīng)器處理豬場(chǎng)養(yǎng)殖廢水厭氧消化液，發(fā)現(xiàn)237 mg⋅L -1COD將完全抑制Anammox菌的活性，但在處理亞硝化出水過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)完全抑制質(zhì)量濃度為290mg⋅L -1 。而Yamamoto等(2011)研究豬場(chǎng)廢水發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Sharon段出水TOC質(zhì)量濃度達(dá)到200 mg⋅L -1 時(shí)，對(duì)后續(xù)Anammox作用沒有顯著影響，當(dāng)?shù)��?fù)荷為2.2kg⋅m -3 ⋅d -1 （以N質(zhì)量計(jì)）時(shí)，氮去除負(fù)荷高達(dá)2.0kg⋅m -3 ⋅d -1 （以N質(zhì)量計(jì)）。另有研究表明，在Anammox處理養(yǎng)殖廢水試驗(yàn)中，當(dāng)進(jìn)水COD質(zhì)量濃度高達(dá)600 mg⋅L -1 時(shí)，Anammox菌依然能表現(xiàn)出較高的活性，占據(jù)主導(dǎo)地位(Chen 等, 2013)。不管怎樣，豬場(chǎng)養(yǎng)殖廢水高質(zhì)量濃度的有機(jī)物將對(duì)厭氧氨氧化產(chǎn)生不利影響，因此合理調(diào)節(jié)進(jìn)水中有機(jī)物質(zhì)量濃度是關(guān)鍵，也是限制性步驟，目前一般在Sharon-Anammox工藝前端設(shè)置高負(fù)荷厭氧反應(yīng)器，以降低進(jìn)水中COD質(zhì)量濃度。

 

除了垃圾滲濾液和豬場(chǎng)養(yǎng)殖廢水之外，Sharon-Anammox工藝成功應(yīng)用于味精加工業(yè)廢水、污泥脫水液和厭氧消化液等低碳氮比廢水的處理(Zhang 等, 2011)，均獲得了較好的效果。陳旭良等(2007)采用Anammox處理混合味精廢水經(jīng)生物除碳和Sharon處理的出水，反應(yīng)器總氮容積去除負(fù)荷可達(dá)457 mg⋅L -1 ⋅d -1 ，高于傳統(tǒng)硝化-反硝化工藝，可成為傳統(tǒng)硝化/反硝化工藝的替代技術(shù)，Anammox菌對(duì)亞硝氮的耐受范圍為96.5~129 mg·L -1 。馬富國(guó)等人以污泥脫水液為研究對(duì)象，采用缺氧濾床+好氧懸浮填料生物膜連續(xù)流工藝，在15~29 ℃、DO 6~9mg·L -1 條件下實(shí)現(xiàn)脫水液亞硝化，當(dāng)進(jìn)水氨氮平均濃度為315.8 mg·L -1 ，平均進(jìn)水氨氮負(fù)荷為0.43kg·m -3 ·d -1 ，進(jìn)水堿度/氨氮為5.25時(shí)，出水亞硝氮/氨氮為1.25左右，適合后續(xù)Anammox處理；穩(wěn)定后Anammox反應(yīng)器對(duì)氨氮和亞硝氮的容積去除負(fù)荷分別為0.526 kg·m -3 ·d -1 和0.536 kg·m -3 ·d -1 ，氮去除率達(dá)到83.8%，從而實(shí)現(xiàn)全程自養(yǎng)生物脫氮，達(dá)到高效生物脫氮目的(馬富國(guó), 2009)。Dongen等(2001)采用Sharon-Anammox工藝處理荷蘭Dokhaven污水處理廠的污泥脫水液，首先在亞硝化階段53%的氨氮轉(zhuǎn)化成亞硝態(tài)氮，采用顆粒污泥啟動(dòng)SBR厭氧氨氧化反應(yīng)器，在進(jìn)水負(fù)荷為1.2 kg·m -3 ·d -1 （以N的質(zhì)量計(jì)）的條件下，80%的氮素轉(zhuǎn)化成氮?dú)�。Fux等(2002)采用體積為2 m 3 的反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)污泥脫水液的部分亞硝化，亞硝化率為58%，在30 ℃，最大稀釋速率為0.85 d -1 條件下，亞硝態(tài)氮的產(chǎn)率可達(dá)0.35 kg·m −3 ·d −1（以NO 2 -N質(zhì)量計(jì)）；Anammox在體積為1.6m3 的SBR反應(yīng)器中進(jìn)行，對(duì)氮素 去除率可達(dá) 2.4kg·m −3 ·d −1 （以N質(zhì)量計(jì)），整個(gè)過(guò)程對(duì)氮的去除率在90%以上。

 

 

CANON工藝

 

1

工藝原理與控制參數(shù)

 

CANON工藝是指在同一構(gòu)筑物內(nèi)，通過(guò)控制溶解氧實(shí)現(xiàn)亞硝化和厭氧氨氧化，全程由自養(yǎng)菌完成由氨氮至氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化過(guò)程。在微好氧環(huán)境下，亞硝化細(xì)菌將氨氮部分氧化成亞硝氮，消耗氧化創(chuàng)造厭氧氨氧化過(guò)程所需的厭氧環(huán)境；產(chǎn)生的亞硝氮與部分剩余的氨氮發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)生成氮?dú)?Vazquez-Padin 等, 2009)，過(guò)程見圖2。由于亞硝酸細(xì)菌和厭氧氨氧化細(xì)菌都是自養(yǎng)型細(xì)菌，因此CANON反應(yīng)無(wú)需添加外源有機(jī)物，全程都是在無(wú)機(jī)自養(yǎng)環(huán)境下進(jìn)行(張紅陶和鄭平, 2013; Shalini和Joseph, 2013)。CANON工藝易受到硝酸菌干擾，與厭氧氨氧化菌競(jìng)爭(zhēng)底物，因此控制硝酸菌的生長(zhǎng)是保證CANON工藝穩(wěn)定運(yùn)行的條件，一般通過(guò)控制氧氣或者亞硝酸鹽來(lái)實(shí)現(xiàn)(胡石等, 2013)。

 

 

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工藝應(yīng)用

 

因其全程自養(yǎng)，CANON工藝在實(shí)驗(yàn)室廢水處理研究和實(shí)際廢水處理中應(yīng)用廣泛(雷禮婧等,2012)。Sliekers等(2002)采用SBR反應(yīng)器研究了CANON工藝，通過(guò)控制曝氣量為7.9 mL·min -1 ，水力停留時(shí)間為1 d，反應(yīng)溫度為30 ℃，pH值控制在7.8，一個(gè)運(yùn)行周期包括進(jìn)水11.5 h、沉淀0.25 h、出水0.25 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明85%的氨氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)猓?5%氨氮轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，氧化亞氮的生成量可以忽略（小于0.1%）；FISH技術(shù)表明，亞硝酸細(xì)菌和Anammox菌分別占45%±15%和40%±15%。Sliekers等(2003)進(jìn)一步采用氣升式生物膜反應(yīng)器（BAS）研究了CANON工藝，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器對(duì)氮素的去除1.5kg·m -3 ·d -1 （以N的質(zhì)量計(jì)），反應(yīng)器中主要以Anammox菌為主，可能是以富集的厭氧氨氧化污泥馴化的緣故。Third等(2005)在厭氧氨氧化成熟污泥接種硝化污泥培養(yǎng)CANON工藝，曝氣20 min，靜置30 min，氮素去除負(fù)荷0.08 kg·m -3 ·d -1 (以N的質(zhì)量計(jì))，并認(rèn)為CANON工藝主要的控制因素是亞硝氮質(zhì)量濃度、氧氣濃度、pH值和反應(yīng)溫度等。Vázquez-Padín等(2009)采用脈沖式SBR反應(yīng)器處理污泥消化液，在溫度18~25 ℃條件下，控制溶解氧為0.5 mg·L -1 ，實(shí)現(xiàn)CANON工藝，對(duì)氮素最大去除負(fù)荷達(dá)0.45 g·L −1 ·d −1 （以N質(zhì)量計(jì)），去除率達(dá)到85%以上。Chen等(2012)在SBBR反應(yīng)器中，通過(guò)控制游離氨（FA）質(zhì)量濃度啟動(dòng)CANON工藝，耗時(shí)80d，穩(wěn)定階段發(fā)現(xiàn)無(wú)機(jī)物質(zhì)量濃度對(duì)CANON工藝的效率具有重要影響，當(dāng)進(jìn)水氮負(fù)荷為200 mg·L -1 ·d -1 （以N的質(zhì)量計(jì)）時(shí)，最佳的無(wú)機(jī)物質(zhì)量濃度為250mg·L -1 （以C的質(zhì)量計(jì)）。Figueroa等(2012)認(rèn)為CANON工藝適合應(yīng)用于處理經(jīng)前處理過(guò)的豬場(chǎng)廢水，當(dāng)進(jìn)水氨氮為300 mg·L -1 ，氮素去除負(fù)荷0.46kg·m -3 ·d -1 （以N的質(zhì)量計(jì)），去除率為75%，反應(yīng)器中Nitrosomonas是硝化菌主要種屬，Candidatus“Brocadia  fulgida” 和 Candidatus  “Brocadiaanammoxidans”是Anammox菌的主要種群。

 

Anammox工藝、CANON工藝和傳統(tǒng)的硝化/反硝化工藝相比，在氮素去除負(fù)荷、投資和操作成本等方面具有很多優(yōu)勢(shì)，具體見表1(葉建鋒等, 2006)。特別是針對(duì)一些氨氮含量很高，但有機(jī)碳源明顯不足的廢水，以厭氧氨氧化為主體的污水處理工藝均具有顯著性優(yōu)勢(shì)，可以大大降低運(yùn)行成本，但在過(guò)程調(diào)控和Anammox菌快速培養(yǎng)方面依然面臨巨大挑戰(zhàn)。

 

 

厭氧氨氧化污水處理工藝的工程化應(yīng)用

 

近年來(lái)，以厭氧氨氧化為主體的工藝逐漸從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模走向中試或者實(shí)際應(yīng)用，目前已經(jīng)在歐洲和亞洲的10多個(gè)國(guó)家得到應(yīng)用，部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果，見表2。

 

目前，隨著厭氧氨氧化工藝的日趨成熟，國(guó)內(nèi)也逐漸開展了厭氧氨氧化處理工藝中試和工程規(guī)模的應(yīng)用。安鵬應(yīng)用納濾膜對(duì)腈綸廢水二級(jí)生化尾水分離濃縮后，濃水再分別由 Sharon-Anammox 工藝脫氮，中試實(shí)驗(yàn)采用高純度 anammox 菌接種的生物膜法，并用立體簾式結(jié)構(gòu)無(wú)紡布填料進(jìn)行掛膜，可以實(shí)現(xiàn)低接種菌量下的 anammox 反應(yīng)器快速啟動(dòng)，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)氨氮和總氮去除率分別為 85%和 73%，Kuenenia sp.為優(yōu)勢(shì)菌屬(安鵬, 2013)。唐崇儉采樣上流式中試厭氧氨氧化反應(yīng)器處理味精廢水，當(dāng) HRT 縮短至 3.43 h 時(shí)，反應(yīng)器容積基質(zhì)氮去除速率可達(dá) 3.45 kg·m -3 ·d -1 （以 N 的質(zhì)量計(jì)），認(rèn)為溫度對(duì)中試厭氧氨氧化的性能影響較大(唐崇儉等, 2010)，且進(jìn)水 pH 宜控制在厭氧氨氧化適宜范圍的偏低水平（6.8 左右）(唐崇儉等, 2009)。國(guó)內(nèi)實(shí)際工程中厭氧氨氧化設(shè)計(jì)和實(shí)施主要是荷蘭帕克公司，亦是基于 Delft 理工大學(xué)技術(shù)支持，在建或初步建成的以厭氧氨氧化為主體的污水處理工程有 6 個(gè)，如山東安琪酵母股份（濱州）有限公司，主要用于處理發(fā)酵廢水，設(shè)計(jì)進(jìn)水氨氮為300~800 mg·L -1 ，厭氧氨氧化反應(yīng)器 500 m 3 ，運(yùn)行穩(wěn)定后去除負(fù)荷 2 kg NH 4 + -N kg -1 VSS d -1 ；內(nèi)蒙古通遼梅花生物科技有限公司，設(shè)計(jì)味精生產(chǎn)進(jìn)水氨氮濃度 600 mg·L -1 ，厭氧氨氧化反應(yīng)器 6700 m 3 ，主要以控制溶解氧實(shí)現(xiàn)氨氮部分轉(zhuǎn)化，通過(guò)厭氧氨氧化作用脫除氮素；山東祥瑞藥業(yè)有限公司，厭氧氨氧化反應(yīng)器 4300 m 3 ，用于處理玉米淀粉和味精生產(chǎn)廢水，設(shè)計(jì)氨氮負(fù)荷 1.42 kg·m -3 ·d -1 。這些厭氧氨氧化工程的成功實(shí)施，必將極大地加快厭氧氨氧化為主體的污水處理工藝在我國(guó)污水處理中的應(yīng)用(王元月等, 2013)。目前，厭氧氨氧化工程化應(yīng)用主要還是集中在工業(yè)生產(chǎn)廢水的處理，而針對(duì)城市生活污水處理廠總氮提標(biāo)、生活垃圾填埋場(chǎng)垃圾滲濾液深度處理、豬場(chǎng)廢水成為農(nóng)業(yè)面源污染重要來(lái)源等問(wèn)題和挑戰(zhàn)，厭氧氨氧化為主體的污水處理工藝的應(yīng)用將具有重要前景。

 

 

 

展 望

 

厭氧氨氧化為主的工藝如 Sharon-Anammox 和CANON工藝，已經(jīng)隨著實(shí)驗(yàn)室的研究逐漸走向中試和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，并在垃圾滲濾液、污泥消化液、工業(yè)廢水、養(yǎng)殖廢水等方面得到成功應(yīng)用，未來(lái)應(yīng)用前景廣闊。

 

但在其實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，仍存在諸多問(wèn)題需要進(jìn)一步探討和研究，主要包括：

問(wèn)題

 

1) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用規(guī)模Anammox反應(yīng)器快速啟動(dòng)與影響機(jī)制；

2) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境溫度變化，特別是中低溫環(huán)境對(duì) Anammox 菌活性的影響機(jī)制；

3) 實(shí)際廢水中有機(jī)碳源對(duì)Anammox菌的抑制效應(yīng)，以及 Anammox 與反硝化協(xié)同脫氮除碳作用研究；

4) 除目前已應(yīng)用的廢水水質(zhì)外，更多低碳氮比Anammox 處理的工程化應(yīng)用研究與推廣。

 

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