水質(zhì)控制的重要指標就是氮含量。在工業(yè)社會發(fā)展的前提下, 水體富氧化問題日益加重。因此, 當前水處理技術的研究重點就是對氮污染的控制與治理。傳統(tǒng)廢水處理一般是硝化-反硝化的脫氮工藝, 需要外加碳源和堿, 不但運行費用較高, 還可能會造成二次污染, 影響脫氮效率。

隨著科技的不斷進步, 研究者逐漸開始關注新型的生物脫氮技術,?厭氧氨氧化?(ANAMMOX) 技術以其獨特的高效低耗的特點應運而生, 并逐漸得以開發(fā)應用。本文根據(jù)筆者工作實踐，對厭氧氨氧化污水處理技術及實際應用進行了分析和探討。

1 厭氧氨氧化反應機理

根據(jù)國內(nèi)外相關學者的研究, 厭氧氨氧化指的是在厭氧的條件下, 以氨氮 (NH4N) 為電子供體, 亞硝酸氮 (NO2N) 為電子受體, 以CO2或HCO3為碳源, 通過厭氧氨氧化菌的作用, 將氨氮氧化為氮氣 (N2) 的過程。其中, 在厭氧氨氧化的過程中, 也產(chǎn)生了中間產(chǎn)物聯(lián)氨 (N2H4) 以及羥氨 (NH2OH) 。在厭氧氨氧化的反應中只對CO2以及HCO3產(chǎn)生了消耗, 并沒有進行外加碳源, 因此不但能夠有效實現(xiàn)成本的節(jié)約, 也防止了反應中產(chǎn)生的二次污染;反應過程中幾乎不產(chǎn)生N2O, 能夠有效避免傳統(tǒng)脫氮造成的溫室氣體排放;反應過程產(chǎn)堿量為零, 無需添加中和試劑, 并較為環(huán)保。

2.影響厭氧氨氧化的主要因子

Anammox菌生長相對緩慢，倍增時間為11～29d，且對周圍環(huán)境要求很高，周圍環(huán)境的波動對Anammox效果有嚴重的影響。因此，如何選擇和控制Anammox菌影響因素，對于快速和穩(wěn)定培育Anammox菌，具有非常重要的意義。

2.1溫度對厭氧氨氧化的影響

溫度能顯著影響Anammox活性，在合適的溫度范圍內(nèi)Anammox菌才會表現(xiàn)出較好的反應活性，提高反應器的運行效能。溫度在26～37°C之間變化時，氮去除速率在1.51～1.84kg/（m3?d），當溫度低于20°C時，反應器氮去除會快速下降，特別是當溫度低于15°C時，反應器氮去除速率下降至0.55kg/（m3?d），從而抑制Anammox反應。對其進行線性擬合發(fā)現(xiàn)，低于20°C時溫度與氮去除速率具有明顯的線性關系。

2.2pH對厭氧氨氧化的影響

在Anammox過程中，pH是一個非常重要的環(huán)境參數(shù)，它不僅能直接影響Anammox菌，還能通過影響氨和亞硝酸的有效性而間接影響反應活性，在多項研究中表明，pH對Anammox活性有重要的影響。pH值和有機物對Anammox反應器的影響顯著，在（20±1）°C下，Anammox反應的最適pH值為6.7～8.5。當pH值

2.3溶解氧對厭氧氨氧化的影響

Anammox菌為厭氧菌，因此，氧氣的存在極易影響Anammox菌活性。保持反應器內(nèi)厭氧環(huán)境對Anammox反應極為重要，不容忽視。通過改變進水堿度、光照條件和溶解氧，發(fā)現(xiàn)水力停留時間為1.5h條件下，當進水DO小于3mg/L時，平均氨氮去除率和亞硝氮去除率分別為99.7%和100%，平均總氮去除負荷為1.0kg/（m3?d）。溶解氧會使Anammox活性受到抑制，在溶解氧去除后Anammox活性可以得到恢復。

2.4基質(zhì)濃度對厭氧氨氧化的影響

Anammox反應是氨氮和亞硝酸鹽的生物反應，一般來說，亞硝酸鹽既是Anammox的必備物質(zhì)，同時也是Anammox的限制性基質(zhì)，甚至是毒性物質(zhì)。當亞硝酸鹽的含量超過一定限度后，亞硝酸鹽會抑制Anammox活性，影響正常的生長與代謝。

當處理人工配水時，在中低進水濃度下（NO2--N≤400mg/L），與改進式連續(xù)進水方式相比，宜采用一次性進水方式運行；在高進水濃度下（NO2--N≥400mg/L）改進式連續(xù)進水方式比一次性進水方式優(yōu)勢明顯。

2.5有機物對厭氧氨氧化的影響

有機物對Anammox既有促進作用，同時也會抑制Anammox的活性。促進作用主要是特定的有機物可作為能源被Anammox所利用，維持Anammox的生理代謝，同時也能調(diào)節(jié)碳氮比，使Anammox和反硝化耦合；抑制作用主要表現(xiàn)在有機物的存在會增強異樣菌的活性，使其與Anammox菌爭奪電子受體亞硝酸鹽。

3 厭氧氨氧化污水處理的應用

隨著對厭氧氨氧化技術研究的不斷深入, 已經(jīng)成功實現(xiàn)了多種污水處理的實際應用, 如市政污泥液、生活污水、廁所水、焦化廢水、味精廢水以及垃圾滲濾液等的處理, 并逐漸在其他廢水處理領域得以普及和使用。

但目前對于一些制藥、養(yǎng)殖等高氨氮的工業(yè)領域, 應用厭氧氨氧化技術進行污水處理仍較少, 這也是今后需要努力的方向。以下選取幾個較為典型的厭氧氨氧化污水處理的實際應用效果, 供參考。

(1) 污泥液廢水處理

較為典型的低碳氮比污泥液廢水有污泥消化液以及污泥壓濾液等, 溫度多30℃~37℃, p H值也多在7.0~8.5之間, 非常適宜厭氧氨氧化菌的生長。國外學者對亞硝化-厭氧氨氧化技術的多次優(yōu)化研究, 在2002年就已經(jīng)形成了世界上第一套亞硝化-厭氧氨氧化組合反應器, 并在Dokhaven污水處理廠正式投入使用。至此, 對污泥液采用厭氧氨氧化技術處理的工程逐漸在歐洲各國得以展開。

(2) 垃圾滲濾液處理

垃圾滲濾液的特點是有機物濃度高、氨氮含量高、水質(zhì)變化大, 且容易含有重金屬等有毒物質(zhì), 因而是一種成分較為復雜的污水。集中的氨氮濃度一般為2000mg/L, 隨著垃圾堆放時間的增長還會越來越高。有學者對廢物填埋場滲濾液進行研究時, 發(fā)現(xiàn)了滲濾液中厭氧氨缺失的現(xiàn)象, 才使得對其進行厭氧氨氧化技術處理成為一種可能。

(3) 城市生活污水處理

隨著近年來我國城市化進程的不斷加快, 城市污水處理行業(yè)的壓力也越來越大。要增強污水處理的效益, 實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展, 就需要實現(xiàn)城市污水的再利用, 有效實現(xiàn)能源的循環(huán)回收, 這已成為當前的污水處理研究的重要課題。

城市生活污水中含有有機碳、磷酸鹽以及氨氮等眾多能量, 正符合自養(yǎng)型的脫氮技術的處理條件, 因而有望實現(xiàn)污水廠的能源自給。但是對于較低水溫 (8℃~15℃) 的城市來說, 尤其是冬季, 用厭氧氨氧化工藝進行城市污水處理仍是較大的挑戰(zhàn)。

雖然國外的相關學者 (如Lotti等)對于這方面已有了突破性研究, 對于中試 (4m, 19℃±1℃) 的階段性研究也有所進展, 有望實現(xiàn)污水處理廠的能源自給, 但在實際技術工程應用的過程中, 仍存在諸如低溫條件下如何提高菌性活體、如何實現(xiàn)全體擴增等問題, 需要在未來的研究發(fā)展中有所突破, 才能使其在處理城市污水中得以更好地運用。

(4) 畜禽養(yǎng)殖污水處理

該類污水的特點是COD濃度高、成分復雜且水質(zhì)波動大, 還存在一定的有機氮。使用傳統(tǒng)的脫氮技術進行畜禽養(yǎng)殖污水處理時, 不僅能耗高, 還需要加補碳源, 脫氮效果也不理想。而現(xiàn)代的厭氧氨氧化工藝有著傳統(tǒng)技術沒有的優(yōu)勢, 有望成為處理該類廢水的備選工藝技術。

當前在對豬場廢水厭氧處理的研究中, 還存在著運行尚不穩(wěn)定的問題, 需要進一步優(yōu)化工藝, 找到消除影響厭氧氨氧化菌生長障礙的對策, 才能發(fā)揮其在畜禽養(yǎng)殖污水處理領域的最佳效能。

4 結語

當前階段國內(nèi)對厭氧氨氧化工程運行的條件以及啟動的時間等方面的研究, 相對來說還不太夠, 需要在未來的實踐過程中進一步研究其影響因素, 以縮短啟動時間, 實現(xiàn)厭氧氨氧化污水處理技術的廣泛應用。