论厌氧氨氧化污水处理工艺及其实际应用的研究进展

摘要：厌氧氨氧化反应在污水处理工程中备受关注和推广，以其节约能耗、污泥产生量小的特点得到了巨大的发展空间。本文对厌氧氨氧化污水处理工艺进行了简要的综述，包括亚硝化-厌氧氨氧化工艺、全自养脱氨工艺和限氧自养硝化-反硝化工艺，并在污泥液废水、垃圾渗滤液和畜禽养殖废水方面简述了厌氧氨氧化工艺的应用进展

关键词：厌氧氨氧化反应；污水处理工艺；亚硝化-厌氧氨氧化工艺

引言：厌氧氨氧化反应（Anammox）是指厌氧氨氧化生物在厌氧或者缺氧条件下，以NO3-N作为电子受体，NH3-N作为电子供体，转化生成N2的生物过程。该反应是新型的自养生物脱氮反应，不需要添加有机碳源，污泥产量小，对于含高氨氮和低碳源的废水处理具有十分重要的潜在利用价值。近年来，厌氧氨氧化污水处理工艺渐渐成熟，并在各种类型的污水处理中得到了实际应用。

1. 厌氧氨氧化污水处理工艺的研究

1.1亚硝化-厌氧氨氧化工艺

亚硝化-厌氧氨氧化工艺（Sharon-Anammox）是目前污水处理常用的一种厌氧氨氧化工艺，处理过程分为两个阶段，并且在两个不同容器中进行。第一阶段是亚硝化，将污水中一半以上的氨元素和氮元素经过亚硝化成为亚硝态氨，第二阶段是厌氧氨氧化，将亚硝态氨脱氮转化为氨气。该工艺的优点是生成的亚硝态氨是碱性物质，能够与厌氧水中的重碳酸盐进行酸碱中和，有助于水体的平衡。另外，亚硝化和厌氧氨氧化两个阶段在不同容器中进行，反应容器的不同环境给功能菌提供了更为良好的生长环境，减少了厌氧氨氧化菌被外来物质抑制的可能性。亚硝化厌氧氨氧化工艺的操作过程简单，对pH值的要求不严格，进行污水处理时降低了一氧化氮和一氧化二氮等温室气体的排放，减少了环境污染问题[1]。

1.2全自养脱氨工艺

全自养脱氨工艺（CANON）对污水进行处理时，主要是以控制溶解氧的方法来进行亚硝化和厌氧氨氧化反应的，在整个处理过程中，由自养菌完成氨氮转化为氮气的过程。在微量氧环境下，亚硝化细菌通过氧化作用将氨氮部分转化为亚硝态氮，消耗氧气，为厌氧氨氧化过程创造所需的厌氧环境，生成的亚硝态氨与剩余的氨氮在厌氧氨氧化菌的作用下转化生成氮气。过程中起作用的亚硝化细菌和厌氧氨氧化菌都是自养型细菌，因此在CANON反应中不需要添加外來碳源，能够全程在无机环境下进行。但是全自养脱氨工艺容易受硝酸菌的干扰，硝酸菌会和厌氧氨氧化菌竞争反应底物，因此需要对硝酸菌的生长进行控制，保证全自养脱氨工艺的正常运行，主要通过控制氧气和亚硝酸盐的量来实现。

1.3限氧自养硝化-反硝化工艺

限氧自养硝化-反硝化工艺是一种新型污水处理工艺，由国外开发的一步脱除氨氮、无需加入外界需氧量（COD）。在氧含量较低的条件下，亚硝酸菌的溶解氧能力较强，积累了大量的亚硝酸，通常情况亚硝酸菌的饱和常数是0.2-0.4mg/L，硝酸菌的饱和常数是1.2-1.5mg/L，具有较大差异。限氧自养硝化-反硝化工艺利用亚硝酸菌和硝酸菌饱和常数的差异性，淘汰硝酸菌，再进行厌氧氨氧化反应，脱氮生成氮气。与亚硝化-厌氧氨氧化工艺相比，限氧自养硝化-反硝化工艺在硝化过程中能够更加节省溶解氧消耗，而且相对温度较低的情况下脱氮效果更好。

2. 厌氧氨氧化工艺的实际应用研究

2.1污泥液废水处理

污泥液废水中比较典型的低碳氧比废水包括污泥消化液和污泥压滤液等，温度基本在30-37℃，pH值7.8-8.5，这样的温度和pH特别适合厌氧氨氧化菌的生长。Dokhaven污水处理厂对亚硝化-厌氧氨氧化技术进行了研究和多次的优化，最终得到了世界上第一套亚硝化-厌氧氨氧化组合反应器并正式投入使用[2]。到目前为止，采用厌氧氨氧化技术处理污水的工程越来越多，在处理污泥液方面的经验已经相当成熟。但是，由于技术的限制，许多技术难题仍未得到解决，例如厌氧氨氧化工艺处理污水过程中产生的硫化物的影响和其减排问题等，都需要在日后的研究中进行改善和解决。

2.2垃圾渗滤液处理

垃圾渗滤液成分十分复杂，这类废水的特点是有机物浓度较高、氨氮含量高、有毒重金属等物质含量高、可生化性差和水质变化大等。垃圾渗滤液的氨氮浓度一般不超过3000mg/l，在较为成熟的垃圾场在500-2000mg/L，并且随着垃圾对方时间的不断增加，氨氮浓度会随之升高，有时会超过10000mg/L。早期在处理垃圾填埋场渗滤液的生物分析中发现了厌氧氨缺失的现象，使应用厌氧氨来处理垃圾渗滤液成为可能。例如，国外某学者提出了短程硝化-厌氧氨氧化-土壤渗滤的串联工艺，对城市垃圾场的垃圾渗滤液进行处理，处理经过五个月后，总氮、氨氮和COD的平均去除率分别为87%、97%和89%，证明了此串联工艺的可行性，在处理过程中厌氧氨氧化还能够降解垃圾渗滤液所含的腐殖酸。目前，厌氧氨氧化工艺在垃圾渗滤液的处理上已经有较多的应用，采用的基本工艺都是短程硝化-厌氧氨氧化工艺，在污水处理研究上，不同重金属污染程度的垃圾渗滤液对厌氧菌的抑制作用不同，对于厌氧菌的抑制机制和如何减轻抑制作用都还有待研究，很多学者还在进行其他技术的组合串联，比如反硝化、高级氧化、土壤渗滤等的串联使用。

2.3畜禽养殖废水处理

畜禽养殖废水的成分也十分复杂，存在部分有机氮，水质和水量上存在较大程度的波动，而且COD浓度较高。传统的硝化-反硝化处理高氨氮含量的畜禽养殖废水时，能量消耗较高，脱氮的效果也不理想，此外还需要对反应提供碳源和碱等，这一系列的缺陷和不足促进了厌氧氨氧化工艺在畜禽养殖废水处理中的发展和应用。某生态研究所利用亚硝化-厌氧氨氧化工艺处理猪场废水，该猪场废水碳氮比为1.26的厌氧消化液，处理过程中亚硝化阶段采用SBR反应池，厌氧氨氧化阶段采用升流式厌氧污泥床反应器（UASB），进水时为213mg/L的氨氮浓度和323mg/L的亚硝氮浓度时，出水时分别降低到92mg/L和77mg/L，浓度仍然较高的原因可能是反应器中的生物量较少。之后该研究所继续进行了长期的研究，当投入厌氧氨氧化反应器运行半年后，氮容积去除率（NRR）为0.22kg/（m3·d），并且达到了稳定阶段。当前应用厌氧氨氧化工艺处理畜禽养殖废水时，NRR值普遍偏低，运行不稳定，该研究所的研究打破了这一现状，但是在处理过程中废水所含的有机物以及重金属仍然会对厌氧氨氧化菌产生抑制作用，还应该对工艺进行改造和优化，来消除和减弱这种抑制作用。

结语：综上所述，在厌氧氨氧化工艺处理污水的实际运用中，由于各种类型的废水成分复杂，有些废水中还含有较高浓度的重金属和抗生素，在一些石化废水中有氰化物和有机酚类的存在，都是制约厌氧氨氧化技术发展应用的障碍。在日后的研究中，应该注重研究不同水质成分对厌氧氨氧化菌活性的影响，并通过污水处理工艺的改进和优化提高厌氧氨氧化的利用价值。

参考文献：

[1]魏彩蓉.厌氧氨氧化污水处理技术及实际应用[J].中国环保产业，2017，02：64-66.

[2]刘振威.厌氧氨氧化污水处理工艺及其实际应用研究进展[J].科技展望，2017，27；95.

作者简介：

韩永强（1986.12--）；性别：男，籍贯：河北省玉田县，学历：大专，毕业于中国环境管理干部学院；现有职称：助级工程师；研究方向：污水处理；endprint