厌氧氨氧化污水处理技术及其实际应用

李建鸿

摘 要：工业废弃物的随意排放和农业上化肥的滥用，导致水体富营养化问题变得日益严重。降低氮含量是治理水体富营养化的一种有效手段，以往常用硝化-反硝化工艺进行脱氮处理，但是这种工艺也会带来二次污染，并且大规模治理污水也需要投入较高的成本。厌氧氨氧化技术是近年来新兴的一种污水脱氮处理方式，除了具有脱氮效率高、运行成本低的特点外，还有能耗低、无污染的优势，因此得到了推广应用。

关键词：厌氧氨氧化;污水处理;垃圾渗滤液

引言：在水质监测中，水样中氮元素含量是判定水质的重要指标。水体中的氮可以作为浮游藻类、微生物的重要营养来源，由于污水排放导致氮含量明显增加，水体中藻类及微生物大量繁殖，破坏水生态系统。厌氧氨氧化技术可以通过高效脱氮，将游离态的氨氮转化为氮气排出。随着技术的日益成熟，目前基于厌氧氨氧化原理的污水处理技术有亚硝化-厌氧氨氧化技术、完全自养脱氮技术等。现就这几种技术的应用条件、优缺点等展开简要分析。

一、厌氧氨氧化污水处理原理

厌氧氨氧化指的是在厌氧的条件下，以氨氮（NH4+N）为电子供体，亚硝酸氮（NO2-N）为电子受体，以HCO3-为碳源，通过厌氧氨氧化菌的作用，将氨氮氧化为氮气（N2）的过程。用化学方程式表示为：

NH4++ NO2-+ HCO3-+ H+→N2+ NO3-+ CH2O0.5N0.15+H2O

结合上式可以发现，HCO3-本身既是碳源，又可以直接参与厌氧氨氧化反应，最终转化为无毒、无污染的氮气。除了可以避免最终产物造成二次污染外，还能够有效控制成本，符合绿色环保理念。另外，利用该技术进行污水处理后，产生的各类产物均保持中性，不需要后期添加酸碱药品进行中和反应，相比于传统的污水处理工艺也节俭了流程步骤，具有一定的优势。

二、基于厌氧氨氧化原理的几种污水处理技術

1、限氧自养硝化-反硝化技术

限氧自养硝化-反硝化工艺是一种一步脱除氨氮，无需加入COD的新工艺技术。在低氧的条件下，亚硝酸菌有着较强的溶解氧的亲和力，形成了亚硝酸的积累。通常条件下，亚硝酸菌饱和常数为0.2～0.4mg/L，与硝酸菌（1.2～1.5mg/L）有较大差异。限氧自养硝化-反硝化工艺利用这种差异性，就容易在较低温度下实现对亚硝酸菌的稳定积累，淘汰硝酸菌。该技术的应用优势在于具有较强的环境适应性，对反应条件的要求相对宽松，适用于垃圾场处理渗滤液，或是养殖场处理污水等情况。

2、亚硝化-厌氧氨氧化技术

整套技术分为两个过程来进行，为了避免反应过程中相互干扰，需要分别提供两个独立的容器，其中一个容易完成“亚硝化”部分，通过亚硝化处理可以将待处理污水的氨氮氧化率完成约40%-50%。在亚硝化处理中会生成新产物亚硝态氮。然后将半成品导入另一容器中，继续进行厌氧氨氧化处理，完成剩余50%-60%的氨氮氧化。前一阶段的产物亚硝态氮也会直接参与到后一阶段的氨氮氧化反应，提升反应速率，最终产物为氮气和硝态氮。这样一来，在厌氧氨氧化中，不需要额外的加入亚硝氮，控制了成本。另外，该反应体系中不会产生二氧化氮，符合环保要求。

3、完全自养脱氮技术

完全自养脱氮工艺技术是指通过对同一构筑物内溶解氧的控制来实现厌氧氨氧化，氨氮到氮气的转化过程都由自养菌完成。其基本原理是氨氮部分被亚硝化细菌氧化，形成亚硝氮;而剩余部分的氨氮与随后产生的亚硝氮发生氧化反应，就形成了氮气。在此过程中，由于完全自养脱氮反应所需的细菌都是自养型的细菌，因此在反应期间无需再添加有机物。但是受到目前技术条件的限制，这种工艺在实际应用中还存在一些缺点，例如需要通过人为调控反应条件，为硝酸菌、厌氧氨氧化菌提供良好的生长环境，促进厌氧氨氧化反应的持续进行，否则可能会降低污水处理效率。

三、厌氧氨氧化污水处理技术的实际应用

1、在垃圾渗滤液处理中的应用

垃圾渗滤液中不仅含有重金属物，而且氨氮含量较高。由于很多垃圾场采用直接填埋的方式处理垃圾，这些渗滤液不经处理后直接进入地下水系统，最终经过地下水循环污染水源。利用厌氧氨氧化技术进行垃圾渗滤液处理，需要先将垃圾渗滤液收集起来，然后分两次进行脱氮处理。第一阶段先利用亚硝化工艺，将渗滤液进行初步的氨氮氧化。然后将初步处理后的产物，放置于无氧环境中，为厌氧菌和氨氧化菌创造良好的生产环境。通过增加细菌数量，提高反应速率、提升处理效果。因此，创造适宜菌群生长的环境，是利用厌氧氨氧化技术治理垃圾渗滤液的关键。

2、在城市生活污水处理中的应用

随着城市人口密度的增加，产生的生活垃圾、生活污水日益增多。通过取样分析可知，城市生活污水中含量较高的成分依次为氨氮、磷酸盐等。以往进行生活污水净化处理，需要使用大量的化学添加剂，一来是增加成本，二来也容易对水质造成二次破坏。可以利用全自氧脱氨技术进行生活污水处理，首先需要调节容器内的反应温度，由于低温环境下自氧菌的生物活性较低，因此需要将温度调节至35-45℃之间，让自氧菌处理最活跃状态，提高对生活污水中氨氮物质的转化率。通过前后对比，使用全自氧脱氨工艺处理后，污水中NH3-N的去除率可以稳定维持在90%以上。

3、在养殖场废水处理中的应用

受到近年来产业结构调整的影响，本地郊区、乡镇的一些规模化养殖场也逐渐增多。规模化养殖也带来了比较严重的粪污污染问题，很多养殖户直接将禽畜粪污排放到农田或河流中，造成了水污染。利用厌氧氨氧化技术进行养殖场污水处理，首先需要将粪污集中收集起来，然后装入到SBR容器中。通过调节参数，让容器内的温度恒定在36℃，水力停留时间为1.5天。反应时间结束后，取容器中的反应产物进行测定，与反应之前的样品进行含氮量对比，可以发现NH3-N的含量降低了97%，而NO3-N的含量降低了99%。

四、氧氨氧化污水处理技术的发展前景

就现阶段厌氧氨氧化技术的实际应用效果来看，在降低能耗、控制成本和提高污水处理效果等方面均比传统的污水脱氮处理工艺有明显优势。但是我们也应当看到，目前厌氧氨氧化技术在实际应用中也有一些不足，例如对反应环境的温度、氧浓度等均有严格要求，如果条件控制不理想，很可能会导致脱氮效率、效果受到影响，污水净化处理不达标。未来随着新技术的研发和工艺设备的改进，该技术的应用价值将会得到进一步的突显。例如可以使用计算机技术、传感器技术，对容器内部的环境（压力、温度等）进行自动调控，从而更好的满足厌氧氨氧化污水处理的技术要求。

结语：近年来因为水体富营养化导致的生态环境破坏、水环境污染问题引起了人们的高度关注。而导致富营养化的根本原因是水体中氨氮含量偏高。因此，除了要从源头上加强排污控制外，对已经遭受污染的水域进行脱氮处理也是一种必要措施。本文介绍的厌氧氨氧化技术，在垃圾渗滤液、城市生活污水等方面的治理应用取得了较为明显的效果，今后随着技术的成熟，该技术也会得到进一步的推广，在缓解水体富营养化问题上发挥重要作用。

参考文献：

[1]沈明玉，吴莉娜，李志.厌氧氨氧化在废水处理中的研究及实际应用进展[C]//2018中国环境科学学会科学技术年会.2018.

[2]韩黎明，苏本生，刘广青，等.厌氧氨氧化工艺的影响因素及应用进展[J].工业水处理，2018，38（2）：12-17.

[3]李祥，黄勇，郑宇慧，等.厌氧氨氧化富集培养研究及其工业应用进展[J].水处理技术，2016，36（5）：18-21.