厌氧氨氧化技术在化工废水处理中工程化的论述

2013-09-15赵合才

纯碱工业 2013年5期

赵合才

（中昊（大连）化工研究设计院有限公司，辽宁大连 116023）

随着社会的发展和科技的进步，工业化的进程也在加快，随之而来的环境污染也在日趋严重，特别是一些化工项目废水中含氮化合物的排放量急剧增加，已经对我们的环境构成了严重的威胁，全国75%的湖泊出现了不同程度的富营养化，许多湖泊、河流不能发挥其正常生态功能，这些废水的排放甚至对我们的饮用水水源都构成了不同程度的污染，一些地区还有加剧的趋势。可见，对这些含氨氮废水处理的合理化、合格化已迫在眉睫。

1 厌氧氨氧化工艺与传统的脱氮工艺的比较

传统的含氨氮废水的处理工艺大多采用单级、两级、三级生物脱氮工艺及ANO（缺氧－好氧活性污泥脱氮系统）工艺，它们都是利用微生物的内源代谢产物为碳源，因此，反硝化脱氮过程中碳源明显不足，甚至有的还要外加碳源，使反硝化效率严重降低，出水水质难于保证，另外ANO工艺在反硝化的缺氧池（A池）中接受好氧池（O池）的硝化回流液进行反硝化反应，难于保证其理想的缺氧状态，影响反硝化反应的进行，因此也严重影响其脱碳效率。

而新型的厌氧氨氧化（ANAMMOX）突破了传统的生物脱氮工艺中的基本理论概念，它是由荷兰Delft技术大学Kluyver生物技术实验室开发的。该工艺在厌氧条件下，以氨为电子供体，以硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体，将氨氧化，生成氮气，它比全程硝化节省60%以上的供氧量；同时ANAMMOX细菌细胞产率远低于反硝化菌，所以厌氧氨氧化过程中产泥量也低，为传统生物脱氮工艺的15%左右；厌氧氨氧化过程中主要是自养菌，反应中无需外加有机物，在以氨为电子供体的同时，还可节省传统脱氮工艺中所需的碳源，具有明显的可持续性。因此，从含氨氮废水的处理流程来讲，厌氧氨氧化技术具有稳定、高效、经济等优点，所以它一经问世，便在水处理领域博得大家的青睐。

2 厌氧氨氧化工艺的反应机理

氨被微生物氧化的可能途径如下图所示：

厌氧氨氧化涉及的反应如下：

NH2OH＋NH3→N2H4＋H2O

N2H4→N2＋4［H］

HNO2＋4［H］→NH2OH＋H2O

NH3＋HNO2→N2＋2H2O

实际工程中，在厌氧条件下，进水为较高浓度的氨氮废水的反应器中，氨氮以HNO2为电子受体完成废水的工程化处理。

3 厌氧氨氧化工艺在实际应用中的技术要点及不利因素

工艺的技术要点主要包括以下几个方面：

1）负荷控制

为了避免影响实际工程中的出水水质，甚至反应器的失控，厌氧氨氧化工艺一般的污泥氨负荷为0.02～0.3kg／（kg·d）。

2）pH 控制

在厌氧氨氧化过程中，pH是一个非常重要的条件，它对厌氧氨氧化的影响主要来自它对细菌和基质的影响，该工艺pH在6.7～8.3范围内可以运行良好，pH8.0左右反应速率最大。

3）温度控制

温度也是影响细菌生长和代谢的重要条件，研究表明，当温度从15℃上升到30℃时，厌氧氨氧化速率随之增大，但上升到35℃时反应速率反而下降，最适温度在30℃左右；Jetten等认为，厌氧氨氧化的温度范围为20～43℃，最适温度为40℃。

4）溶解氧浓度和基质浓度控制

该反应器在好氧或微氧条件下，没有厌氧氨氧化反应的发生；这说明氧能够抑制厌氧氨氧化菌的活性，但反应器从好氧或微氧条件下恢复到厌氧时，厌氧氨氧化菌很快就能恢复活性，这说明氧气对厌氧氨氧化的抑制作用是可逆的；在氧浓度为0.5%～2.0%空气饱和度的条件下，厌氧氨氧化活性被完全抑制，氧对厌氧氨氧化菌活性的抑制浓度低于0.5%空气饱和度；基质氨氮和产物硝酸盐对厌氧氨氧化的活性影响较小，控制氨氮浓度和硝酸盐浓度低于1000mg／L时就不会对厌氧氨氧化活性产生抑制作用，另外，在基质浓度控制中应使亚硝酸盐浓度低于5mmol／L。

厌氧氨氧化工艺存在的不利因素及建议：

1）厌氧氨氧化工艺在处理氨氮废水的实际工程中，反应器内生物产率极低，几乎看不到厌氧氨氧化菌的生长繁殖，因此，系统应建立相应的自动化监控系统，对反应器中的微生物浓度要有及时的监测和调整。

2）厌氧氨氧化工艺的反应器在不同的条件下去除的效果不同，在实际工程中的造价、操作难度、运行稳定性也不尽相同，而且反应器的启动时间普遍过长，因此，认为采用高径比为4.6∶1的升流式ASBR反应器可以取得较好的效果，它不但可以节约成本、减少微生物的流失和污泥沉降性的问题，而且还可以缩短反应器的启动时间。

3）现今一些化工项目废水中的CODCr和氨氮浓度很高，特别是一些纯碱、联碱项目，因此要采取适当的措施控制废水中的CODCr和氨氮浓度，避免高浓度氨氮及硝态氮对反应的抑制作用，拓宽本工艺的适用范围。

4 厌氧氨氧化工艺的应用现状及在化工领域工程化的前景

随着工程化的厌氧氨氧化反应器在欧洲和亚洲范围内的实际应用，目前，在全世界范围内已有多座中试或生产性的厌氧氨氧化反应器正在进行试验或投入工程应用当中，其中包括德国、日本、荷兰、瑞典、奥地利、瑞士等国都有相应的实例，特别是荷兰、奥地利等国在此方面所做的研究和积累的经验为该工艺在全球范围内的不同领域的推广鉴定了坚实的基础。随着全球第一座厌氧氨氧化反应器在荷兰阿姆斯特丹市政污水厂的投入使用，它相继应用于荷兰Lichtenvoordc制革废水处理项目，日本三重县半导体厂废水处理项目，该工艺已逐步用于市政污水、化工项目工业废水的处理。虽然该工艺仅在国外的污废水的处理项目得到应用，国内还没有项目应用的实例，但随着工艺试验数据和动力性模型的完善，它会凭着它固有的工艺优势，更广泛的应用于世界的化工废水处理项目当中。