厌氧氨氧化反应应用简述及影响因素研究

徐玉金 陈敬坤

摘要：随着工业、农业的快速发展，大量富含氮元素的污水进入了生态环境中，造成水体富营养化、藻类的大量生长、消耗了水体中的溶解氧、对人的生产生活造成了重大影响。传统的硝化反硝化脱氮工艺处理流程长、造价高、动力消耗大、效率低且处理成本高。厌氧氨氧化工艺具有不需要添加有机碳源，能够节省曝气量、运行费用低等优点，成为了研究的热点。本文对厌氧氨氧化技术展开探讨研究，以期为污水处理工作提供可参考性的意见。

关键词：厌氧氨氧化；污水处理；影响因素

1.厌氧氨氧化简述：

污水厂和一些制造化肥或精炼石油的工厂会产生数百万升富含氨的废水，所有的这些含氮废水都需要降解掉。传统方法是使用硝化菌将氨转换成亚硝酸盐或硝酸盐，然后反硝化菌再将其还原成氮气。硝化过程的微生物需要氧气，并且需要巨量的氧气，因此一些机器就要耗费大量的电来为这些污泥进行曝气。不但如此，反硝化过程还需要外碳源，例如甲醇，甲醇燃烧又会产生二氧化碳。所以，这种工艺是代价高昂的，不仅占用大量空间还对环境不好。

厌氧氨氧化（ANAMMOX），是利用一种自养型的细菌，即厌氧氨氧化菌，在缺氧或厌氧的环境条件下，将氮、亚硝酸盐作为无机碳源固定的电子供体和厌氧氨氧化反应的受体，产生无色无味、性质稳定的氮气和硝酸盐的过程。与传统工艺相比，厌氧氨氧化菌能够利用氨作为他们的能源，这就不需要再用昂贵的甲醇。并且该反应不需要氧气，所以厌氧氨氧化工艺会消耗更少的电量。该工艺不仅不产生二氧化碳，反而还会消耗它，所以该工艺是非常环保的。总之，与传统的工艺相比，厌氧氨氧化工艺会减少90%的运行费并节省50%的空间面积。

1996年Jetten等通过Gibbs函数（化学反应自由能）计算以及一些化学计量学的方法，再根据厌氧氨氧化的基质及产物的变化，推导出厌氧氨氧化反应的化学方程式，如下：

从这个公式看出：厌氧氨氧化反应器的进水亚硝酸盐的比例要高一些：出水会产生一定比例的硝酸盐：反应器消耗氢离子，pH会有所升高。

2.厌氧氨氧化的影响因素

2.1温度

温度对厌氧氨氧化反应的影响主要是影响ANAMMOX菌的正常生长繁殖和酶的活性。污水处理中需要保证ANAMMOX菌生活在最大的反应活性和生长速率情况下。温度升高时，酶促反应加快，但同时酶活性的丧失也加速“。因此，若其它条件保持不变，生物反应过程具有一个最适温度，在这个温度下，其活性最大。适宜的环境温度或者较高的环境温度能够增加ANAMMOX菌的反应活性和生长速率，一般认为适合的温度为300C左右，研究证明ANAMMOX菌对温度的适应性较强，当温度在200C 400C的范围内，厌氧氨氧化的反应活性是较高的，并且研究发现当在400C时厌氧氨氧化活性达到最大值，在该温度下运行反应器最利于厌氧氨氧化反应的进行，脱氯效率最高，当温度超过450C时，ANAMMOX菌的活性会明显下降。由于反应器受多方面因素的影响，在处理污水脱氮时，需要适时检测含氮物质的去除情况来选择反应器的温度，使得ANAMMOX菌维持较高的生长速率和活性。另外温度也会影响游离氨和游离亚稍酸的浓度，因此温度对厌氧氨氧化工艺是很重要的一个反应条件。

2.2DO

溶解氧（DO）对厌氧氨氧化的影响来自于氧浓度对厌氧过程的抑制e。ANAMMOX菌的是一种严格厌氧菌，氧气浓度过高时不利于ANAMMOX菌的存活和繁殖，也会导致ANAMMOX菌的活性完全丧失，所以有效控制溶解氧的浓度非常重要。有人进行了厌氧氨氧化反应对溶解氧耐受程度的实验，发现进水DO必须低于2.5mg/L，才可能不产生严重的抑制作用。当DO在2.3～3.8mg/L时，ANAMMOX菌的活性下降接近50%。同时，在菌种存活的前提下，溶解氧对厌氧氨氧化的抑制作用是可以恢复的。当进水DO降低到lmg/L时，ANAMMOX菌可恢复活性

2.3pH值

pH值的影响主要是因为它对会有影响，同时还对两种反应基质（游离亚硝酸和游离氨）均有影响。一般认为，ANAMMOX菌的适宜PH值范围是6.5 9.0之间，过高或过低都不利于厌氧氨氧化菌的生长。在水溶液中也会发生如下解离反应：NH3+H20·NH40H·NH4++OH，HN02·HNO因实验条件的差异，进行确定的最适宜pH值还是有一定差异的。低的pH值使得游离氨下降，但是会增加水中的游离亚硝酸的浓度，高的pH会增加水中游离氨的浓度，降低水中游离亚硝酸的浓度。为了防止游离氨和游离亚硝酸的抑制作用，通常调节进水pH在中性。根据厌氧氨氧化的反应会造成pH上升，ANAMMOX菌容易受到游离亚硝酸的抑制，因此进水应保持一定的碱度，防止反应过程中pH变化过大。

2.4基质浓度

厌氧氨氧化的基质为氨氮和亚硝酸盐氨，它们对ANAMMOX菌的强度和活性具有重要影响，两者需要同步去除才能保证ANAMMOX性能稳定。如果底物浓度过大会对ANAMMOX作用产生不利影响甚至会抑制ANAMMOX菌的活性和生长，尤其是亚硝酸盐氮浓度的变化对ANAMMOX活性影响较大。据了解NH4+N对ANAMMOX菌菌的抑制上限为1000mg/L，游离氨浓度在57 187mg/L时会抑制ANAMMOX菌的活性。同时研究发现，亚硝酸盐氨对ANAMMOX菌的抑制作用远大于氨氮的抑制作用，且其N02 N抑制上限为100mg/L。

2.5有机物浓度

ANAMMOX菌为无机自养菌，而污泥中存在着异养反硝化菌，导致在有机物存在下两类菌之间发生基质竞争。当污水中存在有过量的有机碳源时，将很大程度上抑制ANAMMOX菌的生长与繁殖，并使反硝化菌快速占据优势。

理论上看，ANAMMOX？菌生长率约0.066.仅为反硝化菌的1/5，且在热力学上ANAMMOX反应比反硝化反应更难进行（Molinuevoetal_，2009）。研究表明，超过300mg.L的COD将阻止或者完全抑制ANAMMOX菌活性。因此含氨氨的污水中例如垃圾渗滤液，皮革废水、污泥硝化液中往往含有大量的有机物。因此在用厌氧氨氧化工艺处理这类工艺的废水时往往需要先去掉有机物后，再进入厌氧氨氧化工艺。

3.總结与展望

厌氧氨氧化作为一种新型污水处理工艺，

能耗低、成本低、几乎不产生污泥、经济高效，是国内外污水处理工作的重大突破，具有无可比拟的优势和发展空间。但是，厌氧氨氧化工艺在实际工程运行中尚不成熟，Ananunox菌世代繁殖周期长，生长缓慢，工程启动时间长。Anammox菌生长条件复杂，影响因素多，导致厌氧氨氧化工艺稳定运行时对外部条件要求苟刻。在实际研究应用中还存在许多问题，应对厌氧氨氧化污水处理工艺引起足够重视，全面、系统的并提出相应对策、措施，及时进行有效处理。