厌氧氨氧化技术处理高浓度氨氮工业废水的可行性分析

王元月，魏源送，张树军

现阶段，氨氮已经成为我国水污染物减排的约束性指标之一，如何进一步削减氨氮排放是我国环境保护面临的重要挑战。厌氧氨氧化（Anammox）工艺是目前最有应用前景的新型生物脱氮技术，尽管已有实际工程的脱氮负荷已经达到9.5 kgN·m－3·d－1，然而该技术的应用目前还未拓展到工业废水脱氮领域。本文在总结当前 Anammox技术应用现状的基础上，分析了常见高浓度氨氮工业废水的水质特征以及对 Anammox菌的潜在影响，讨论了 Anammox技术处理高浓度氨氮工业废水的可行性。应用现状：在工程应用中，厌氧氨氧化与短程硝化形成一体式或分体式的组合工艺，如CANON、OLAND、DEMON、Sharon-Anammox等，当前处理对象以污泥水为主，氨氮浓度范围在250～1800 mg·L－1，C/N比在 2以下，脱氮速率一般＞1 kg N·m－3·d－1。国内的数座 Anammox工程均由外国公司建设，设计负荷在1.36～2.2 kg NH+4-N·m－3·d－1之间，然而关于其实际运行效果则未见报道。制约 Anammox工程应用的关键因素有两点：其一是Anammox菌的低增殖速率，其二是处理对象限制为低C/N比、高氨氮浓度废水。高浓度氨氮废水特征：根据《第一次全国污染源普查公报》（2010年）显示，氨氮排放居前几位的工业行业分别为石化、焦化、化工、制革等。废水来源行业不同，氨氮浓度在100 mg·L－1至数千mg·L－1不等。高浓度废水一般先经过厌氧消化后再进入后续工艺，部分COD和有毒有害物质在厌氧条件下得到去除，而有机氮在氨化作用下转化生成氨氮，从而得到低C/N比、高浓度氨氮类型的厌氧出水，为Anammox工艺的直接处理对象。废水水质对厌氧氨氧化的影响：受工业生产的影响，工业废水中氨氮浓度一般波动比较剧烈。当氨氮浓度降低时，导致溶解氧浓度增大而对 Anammox菌产生抑制作用，而当氨氮浓度升高后，产生大量的游离氨，能够穿过细胞膜进入胞内，抑制厌氧氨氧化过程的多种酶活性。其次，工业废水中有机物存在会导致异养菌的大量繁殖，使 Anammox菌在对底物和微量元素等的竞争中处于劣势，最终会导致系统崩溃。然而，少量有机物的存在为反硝化作用提供外碳源，从而可以进一步提高系统脱氮效率。针对工业废水中的有毒有害物质，目前主要研究了苯酚、抗生素、重金属等对 Anammox菌的影响，结果显示此类影响不仅仅与物质类型和浓度有关，还与Anammox污泥浓度和形态、作用时间等因素有关，且经过驯化后，Anammox菌对有毒有害物质表现出一定的耐受性。除此之外，Anammox菌也能耐受一定量的盐度、磷酸盐、硫化物等。讨论和展望：自 2002年首座Anammox脱氮工程投入运营以来，该技术正逐步在世界各地推广应用。但是针对焦化、石化、氮肥等典型产生高浓度氨氮废水的领域应用较少。当处理对象为含有有毒有害物质的高浓度氨氮工业废水时，分体式更具有优势，原因在于好氧的短程硝化阶段能够降解部分酚类、抗生素等物质，减轻废水对后续Anammox 菌的不利影响。此外，Anammox菌经过充分驯化后也会表现出一定的耐受性。因此，总体来看，Anammox技术应用于处理高浓度氨氮工业废水是可行的，但仍需要深入研究。后续工作可以围绕废水中有毒有害物质对 Anammox菌的抑制机理以及 Anammox工艺高效控制模式开发等方面展开。

来源出版物：环境科学学报, 2013, 33(9): 2359-2368

入选年份：2015