厌氧氨氧化工艺在污水处理中的研究进展

1、厌氧氨氧化工艺在污水处理中的研究进展摘 要：厌氧氨氧化（anaerobic ammonia oxidation，简称anammox)工艺是一种新型高效的脱氮技术。综述了厌氧氨氧化工艺的生物学原理、特点及其主要影响因子，归纳了其在不同污水中的研究和应用进展，展望了厌氧氨氧化今后的研究方向。关键词：厌氧氨氧化 影响因子 高氨氮 研究进展随着人口的增加，工农业的发展以及城市化步伐的加快，含有高浓度氮磷物质的生活污水、工业废水和农田地表水径流汇入湖泊、水库、河流和海湾水域，使藻类等植物大量繁殖，导致水体的富营养化，因此以控制富营养化为目的的脱氮除磷已成为世界各国主要的奋斗目标。高氨氮废水往往碳源不足，

2、厌氧氨氧化工艺不需要额外的投加碳源，在缺氧条件下能够实现氨氮的高效去除，而且工艺流程短，运行费用低，因此吸引了国内外学者的广泛研究。本文归纳了厌氧氨氧化工艺在不同污水中的研究和应用进展。1 厌氧氨氧化工艺的微生物学原理厌氧氨氧化是指在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌以nh3-n为电子供体，以no2-n为电子受体，将nh3-n和no2-n同时转化成n2，以实现废水中氮素的脱除。郑平通过研究厌氧氨氧化菌混培物的基质转化特性，认为除被证实的硝酸盐外，no2-n和n2o也能作为厌氧氨氧化的电子受体，将nh3-n转化为n2。厌氧氨氧化工艺作为一种新型高效的脱氮技术，与传统的污水脱氮除磷工艺比较，具有耗氧量少、无

3、需外加碳源、污泥产量低和无二次污染等众多优点。2 影响厌氧氨氧化的主要因子2.1 基质浓度通常，nh3-n和no2-n是厌氧氨氧化的限制基质。国内众多学者证明no2-n和nh3-n的比率对厌氧氨氧化工艺脱氮效率影响较大，张树德等提出进水中适宜的no2-n和nh3-n比值为1.3，而杨岚认为当进水no2-n与nh3-n比值为1.16时，利于厌氧氨氧化反应的进行。李冬在研究常温低氨氮城市污水厌氧氨氧化反应时发现，在一定浓度范围内，no2-n和nh3-n浓度的提高，有利于提高厌氧氨氧化生物滤池对总氮的去除负荷，而无法保证对tn的去除率。以上证明较高浓度的nh3-n和no2-n会在一定程度上影响厌氧氨

4、氧化工艺的运行性能。2.2 温度对于微生物而言，温度会影响酶的活性，进而影响微生物的新陈代谢，最终导致脱氮效果不佳，因此温度也是厌氧氨氧化的一个重要的影响因子。郑平等通过实验研究了温度对厌氧氨氧化的影响，发现当温度从15升至30，反应速率呈逐渐提高趋势；升至35时，反应速率反而下降，并认为最适温度约为30左右。徐庆云等分别对25、30、35、40下的厌氧氨氧化反应进行动力学研究，得到最佳反应温度为40。但国外有学者在18下利用sbr反应器启动了厌氧氨氧化,说明厌氧氨氧化工艺在中低温下也有可能启动，为厌氧氨氧化在处理常温的污水提供了可行性的依据。2.3 phnh3-n和no2-在水溶液中会发生离

5、解，因此ph值对厌氧氨氧化具有影响作用。郑平等认为厌氧氨氧化的最适宜ph值在7.5-8.0附近；antoniou等按其推导出的离解方程计算出的厌氧氨氧化菌最适ph值为7.61；陈曦、崔莉凤等人通过实验得出ph值从6.50升至7.80左右时，厌氧氨氧化反应速率逐渐提高，当继续升至9.00左右时，氨氧化速率和tn去除速率则不断下降，直至接近于零。厌氧氨氧化反应最适的ph值在7.80左右。综上，因厌氧氨氧化反应器的启动、接种污泥等条件不同，研究人员得出的结论有所差异，但仍可以看出厌氧氨氧化的最适ph值在7.0-8.0之间。2.4 水力停留时间(hrt)刘成良利用从厌氧污泥中筛选和驯化的厌氧氨氧化菌直

6、接启动uasb反应器，结果表明缩短hrt，系统的脱氮效率具有波动上升的特点，no2-n、nh3-n和tn的平均去除率均超过70.0%；魏琛等证实系统hrt过短会导致含氮污染物去除不完全，hrt过长则污泥可能已经解体；金仁村等以普通好养活性污泥为接种污泥，在固定进水浓度并逐步缩短hrt的策略下，成功启动了新型厌氧氨氧化折流板反应器(abr)。2.5 其他影响因子厌氧氨氧化工艺需要很高的技术要求，光、溶解氧（do）等限性因子对厌氧氨氧化都起着重要影响。光能抑制厌氧氨氧化菌的活性，降低30%50%的氨去除率，当do>2 mol/l，厌氧氨氧化菌的活性就会完全被抑制，不过这种抑制是可逆的。刘杰等

7、研究了bmtm生物膜载体对厌氧氨氧化工艺启动特性的影响,结果表明,采用bmtm载体启动上流式填料床生物膜反应器厌氧氨氧化工艺,当nh3-n与no2-n去除负荷之和达0.22kg/(m3·d)时,启动速度较采用uasb反应器启动的厌氧氨氧化工艺大幅提高。金仁村考察了盐度对厌氧氨氧化的影响，结果表明，高盐度显著抑制厌氧氨氧化活性。3 厌氧氨氧化工艺处理不同污水的研究进展3.1 厌氧氨氧化工艺高氨氮废水的研究进展3.1.1 污泥消化液若单独采用厌氧氨氧化技术对污泥消化上清液脱氮处理，则会大大减轻污水生物脱氮处理单元的负担、减少供氧量、降低能耗和运行成本。荷兰delf大学开发的shanron

8、-anammox工艺在处理污泥消化液上清液时，表明在不控制shanron反应器ph值，进水总氮负荷为0.8kg/(m3·d)的条件下,氮的总去除率可达到83%。shanron-anammox工艺现已在荷兰鹿特丹dokhaven污水处理厂得以实践应用,用以处理污泥消化液。在sharonan-anammox基础上，荷兰delft大学又发展了一种全新的工艺canon工艺。vazquez-padin等在20，以厌氧消化污泥作为进水在脉冲充氧的条件下,启动了canon工艺，氮的去除负荷达 0.8kg/(m3·d)。3.1.2 垃圾渗滤液随着垃圾填埋时间的延长,渗滤液往往含较高浓度的氨

9、氮，而有机物浓度相对较小，c/n比严重失调，成为一种难处理的高氨氮废水。深圳市下坪固体废弃物填埋场渗滤液处理厂通过sbr反应器实现canon工艺，发现do控制在1mg/l左右，进水nh3-n800 mg/l,nh3-n负荷0.46 kg nh4+/(m3·d)的条件下，nh3-n的去除率95%，tn的去除率90%。周少奇通过接种垃圾填埋场渗滤液处理活性污泥，以自配含nh3-n和no2-n的废水为进水，采用uasb生物膜系统启动了anamm0x反应。结果表明：在反应器运行的第56d，nh3-n、no2-n和tn的去除率分别为99.8、98.8%、90.2%；在随后的运行中处理效果保持稳

10、定，去除的nh3-n、no2-n和生成的no3-n比例为1:1.61:0.25，出水ph稳定在8.3左右，进、出水碱度变化不大。3.1.3 猪场废水猪场废水等畜禽废水也是高氨氮废水中的一种。荀方飞等以实际猪场废水为研究对象,采用sbr反应器，接种厌氧消化污泥培养厌氧氨氧化细菌成功启动了厌氧氨氧化反应，通过正交试验，表明厌氧氨氧化最佳运行参数为ph值75?.1，温度33(?)，hrt为1.2d。当达到最佳运行参数时,nh3-n的去除率达到98.47，no2-n去除率达到99.09。3.1.4 焦化废水林琳等针对焦化废水，在厌氧34、ph 值7.5-8.5，hrt为33h的条件下，经过115d成功

11、启动厌氧氨氧化反应器。研究表明，当进水nh3-n、no2-n浓度分别为80mg/l、90mg/l 左右时，tn负荷可达160m g/(l·d)，系统 nh3-n和no2-n的去除率最高分别达86和 98，tn去除率可达 75。3.2 厌氧氨氧化工艺低氨氮废水的研究进展近年来，不少研究人员对厌氧氨氧化工艺在低氨氮废水中的应用开展了大量研究。kuypers等人在黑海中发现厌氧氨氧化菌能够高效地消耗从黑海表层区域进入到下层厌氧区的无机氮，说明在氨氮含量极低的条件下厌氧氨氧化反应也能顺利进行。付丽霞采用厌氧复合床，经过165d成功启动了厌氧氨氧化反应器，tn容积负荷达到0.17 kg/(m3

12、·d)，no2-n与nh3-n去除率分别为100%和93%。在低浓度氨氮条件下，朱月琪利用厌氧折流板反应器(abr)以厌氧污泥混合河涌底泥为接种源启动了厌氧氨氧化反应。系统连续运行4个月后出水趋于稳定,当nh3-n和no2-n容积负荷分别为3.91 g/(m3·d)和3.21g/(m3·d)时,平均去除率分别为85.7%和98.8%。城市污水具有低c/n，低有机物浓度的水质特点。王俊安以城市生活污水为研究对象,采用sbr反应器,通过在生物滤池上部水中进行曝气和处理水携氧内循环联合的方式，控制do浓度，在常温下进行了同步亚硝化-厌氧氨氧化试验。在sbr探索试验中,发

13、现nh3-n消耗速率为0.164-0.218 kg/(m3· d),no3-n产生速率为0.026-0.036 kg/(m3·d),tn脱除速率为0.124-0.194 kg/(m3·d),去除效率为65%-75%；在后续的改进试验中，通过提高温度、增设非曝气运行时段和增加厌氧氨氧化菌生物量，tn去除效率提高至77-88%。4 结论与展望目前厌氧氨氧化技术的研究还不够成熟，在生产实践中的应用仍存在局限性，尤其是我国在生物脱氮除磷技术的研究上起步晚，发展不迅速。但其实现了氨氮的最短途径转换，具有其它工艺无法比拟的高效、低耗、可持续等优点，因此加强该工艺在污水处理中的

14、应用是日后的研究重点。今后仍需对在以下几个方面做进一步的研究：(1)厌氧氨氧化菌及相关菌种的培养和驯化；(2)探索厌氧氨氧化工艺的快速启动方法；(3)研究垃圾渗滤液、焦化废水等含有有毒物质的污水对厌氧氨氧化的影响，试图消除这些干扰因素的抑制；(4)基于厌氧氨氧化技术，探索能应用于生产实践的有效的耦合工艺。参考文献：1 侯金良,康勇.城市废水生物脱氮除磷技术的研究进展j.化工进展,2007,26(3):366-370,376.2 王俊安,李冬,田智勇,等.常温城市污水同步亚硝化-厌氧氨氧化研究j.环境科学,2009,30(7):2001-2006.3 wang rongchang，barth f.smets，mogens henze，zhang yalei1，xia