论厌氧氨氧化工艺的应用进展.docx

论厌氧氨氧化工艺的应用进展.docx

《论厌氧氨氧化工艺的应用进展.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《论厌氧氨氧化工艺的应用进展.docx（6页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

论厌氧氨氧化工艺的应用进展

论厌氧氨氧化工艺的应用进展

本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！

　　厌氧氨氧化（anaerobicammoniumoxidation，Anammox）工艺因其无需外加有机碳源、脱氮负荷高、运行费用低、占地空间小等优点，已被公认为是目前最经济的生物脱氮工艺之一。

近年来，国内外对厌氧氨氧化工艺的研究取得了大量的实验室成果。

但是，一方面由于厌氧氨氧化菌（anaerobicammoniumoxidizingbacteria，AnAOB）生长缓慢（倍增时间长达11天）、细胞产率低[m（VSS）/m（NH4+-N）=/g）、对环境条件敏感，另一方面由于实际废水成分复杂，常含有AnAOB的抑制物质，限制了厌氧氨氧化工艺在实际工程中的大规模应用。

因此，有必要对近年来国内外厌氧氨氧化工艺的应用实例和经验进行系统总结，推动该工艺的进一步工业化应用，使之在污水脱氮处理领域发挥更积极的作用。

本文介绍了AnAOB的生物多样性和厌氧氨氧化工艺形式的多样性，重点综述了厌氧氨氧化技术在处理各类废水中的实验室研究和工程应用情况。

　　1厌氧氨氧化菌生物多样性

　　迄今为止，已发现的AnAOB有6属18种，构成了独立的厌氧氨氧化菌科（Anammoxaceae），并且AnAOB广泛存在于自然生态系统中，如海洋沉积物、淡水沉积物、油田、厌氧海洋盆地、氧极小区、红树林地区、海洋冰块、淡水湖以及海底热泉等。

AnAOB的生态分布多样性是由自身的代谢多样性决定的，也正因如此，厌氧氨氧化在全球氮素循环中扮演重要角色，将其应用于不同水质含氮废水的治理也具有与生俱来的优势和不可估量的潜力。

　　2厌氧氨氧化工艺形式多样性

　　基于厌氧氨氧化原理的工艺形式纷繁多样，包括分体式（两级系统）和一体式（单级系统）两种。

一体式有CANON（completelyautotrophicnitrogenremovalovernitrite）、OLAND（oxygenlimitedautotrophicnitrificationanddenitrification）、DEAMOX（denitrifyingammoniumoxidation）、DEMON（aerobicdeammonification）、SNAP（simultaneouspartialnitrification，anammoxanddenitrification）、SNAD（single-stagenitrogenremovalusinganammoxandpartialnitritation）等工艺;分体式主要有SHARON（singlereactorforhighactivityammoniaremovalovernitrite）-anammox工艺。

随着工程经验越来越丰富，一体化系统正日益得到青睐。

相比而言，一体式工艺的基建成本较低，占地面积较小，更易运行，可避免亚硝酸盐抑制。

但是一体化工艺启动时间较长，反应器内微生物间的生态关系复杂，经受负荷冲击时易失稳。

总之，这两类工艺各有利弊，应用时需根据水质、场地、管理水平等具体情况，做到“因地制宜，因水制宜，量（水）质裁艺，因人而异”。

　　3厌氧氨氧化工艺应用多样性

　　随着厌氧氨氧化工程的普及，到2014年末，全球范围内的厌氧氨氧化工程超过了100座。

其中大部分工程坐落于欧洲，也正日益风靡亚洲和南美洲。

表3列出了一些代表性工程实例。

　　目前，厌氧氨氧化生物脱氮技术已经成功应用于处理多种实际废水，包括高氨氮、低碳氮比的污泥液、厕所水、垃圾渗滤液等。

其中，应用最多的无疑是污泥消化液和污泥压滤液的处理，而该技术在制革、半导体、食品加工等工业废水和垃圾渗滤液处理方面的推广也逐步展开，但针对焦化、制药、养殖、石化等高氨氮工业废水处理领域应用仍相对较少。

　　污泥液处理

　　污泥消化液和污泥压滤液是典型的低碳氮比废水，且pH值一般为～，温度一般为30～37℃，基本处于AnAOB生长的最佳温度范围内。

　　vanDongen等首先在实验室中探究了短程硝化-厌氧氨氧化工艺处理荷兰Dokhaven污水处理厂消化污泥上清液的可行性，取得了显著的脱氮效果，有超过80%氨氮被转化为氮气。

后来瑞士Fux等又利用来自于两个不同市政污水处理厂的消化液对短程硝化-厌氧氨氧化工艺进行了中试研究，采用1600L的序批式反应器（sequencingbatchreactor，SBR）、进水氨氮620～650mg/L、pH值为～、温度26～28℃时，氮容积负荷率（nitrogenloadingrate，NLR）最高可达/（m3·d），总氮去除率（nitrogenremovalefficiency，NRE）达92%，同时污泥产量也较低。

在此基础上，2002年，研究人员直接将反应器放大，建成了世界上第一套生产性的短程硝化-厌氧氨氧化组合反应器，该工艺已经在Dokhaven污水处理厂正式运行，厌氧氨氧化反应器容积70m3，处理量为750kgN/d。

此后，采用厌氧氨氧化工艺处理污泥液的工程开始风靡欧洲。

　　污泥液因其水温高、水量小、高氨氮、低碳氮比的水质特点成为了厌氧氨氧化工艺最初的处理对象。

到目前为止，全球约75%的厌氧氨氧化工程装置是用于处理污泥液的，厌氧氨氧化工艺在该领域已发展成熟且工程经验丰富，但仍存在一些迫切需要解决的技术难题，如厌氧消化出水中硫化物对厌氧氨氧化反应系统的影响、氮氧化物的产生环节和减排措施等。

　　垃圾渗滤液处理

　　垃圾渗滤液是一种成分复杂的废水，具有有机物浓度高、重金属等有毒物质含量高、水质变化大、氨氮含量高、可生化性差等特点。

其氨氮浓度一般小于3000mg/L，在成熟的垃圾填埋场则为500～2000mg/L，而且随着堆放时间的增加，浓度会越来越高，甚至超过10000mg/L。

而厌氧氨缺失的现象早期也是在处理废物填埋场渗滤液的生物转盘中发现的，这使得厌氧氨氧化应用于垃圾渗滤液的处理成为了可能。

　　Liang等采用“短程硝化-厌氧氨氧化-土壤渗滤”串联工艺处理城市垃圾填埋场的垃圾渗滤液，经过166天运行，氨氮、总氮和COD的平均去除率分别达到了97%、87%和89%，充分说明了该联合工艺的可行性，并且厌氧氨氧化对于降解垃圾渗滤液中的腐殖酸具有贡献。

Liu等采用短程硝化-厌氧氨氧化工艺处理稀释后的垃圾渗滤液厌氧出水，成功稳定运行70天，并且氨氮和亚硝氮去除率保持93%以上。

目前厌氧氨氧化工艺处理垃圾渗滤液的研究相对较多，普遍采用的是短程硝化-厌氧氨氧化工艺，并且研究者在不断尝试各种组合技术，比如与反硝化、高级氧化、土壤渗滤的联用。

这主要是因为渗滤液中含有较多重金属等有毒物质，一定程度上抑制了厌氧氨氧化活性，为了获得稳定的运行性能不便直接进入到厌氧氨氧化反应器中，所以不同年龄的垃圾渗滤液中这些抑制性物质对微生物的抑制作用（对一体式和分体式）、菌群影响和调控对策还有待进一步研究。

　　畜禽养殖废水处理

　　畜禽养殖废水成分复杂、水质水量波动大、COD浓度较高且存在部分有机氮，传统硝化-反硝化处理这类高氨氮养殖废水时，存在着能耗高、脱氮效果差、需要补充碳源、投加碱等缺点，而厌氧氨氧化工艺有望成为养殖废水脱氮的备选工艺。

Hwang等采用SHARON-厌氧氨氧化工艺处理碳氮比为的猪场废水厌氧消化液，短程硝化采用SBR反应器，厌氧氨氧化采用升流式厌氧污泥床（up-flowanaerobicsludgeblanket，UASB）反应器，在进水氨氮和亚硝氮浓度（以N计，下同）分别为213mg/L和323mg/L时，最终出水氨氮和亚硝氮浓度分别为92mg/L和77mg/L，浓度仍然较高，可能因为反应器中生物量较少。

Yamamoto等研究了SHARON-厌氧氨氧化工艺处理猪场废水消化液的长期稳定性，厌氧氨氧化反应器经220天的运行后达到稳定，平均NRE和氮容积去除率（nitrogenremovalrate，NRR）分别为55%和/（m3·d）。

现阶段应用厌氧氨氧化工艺处理猪场废水厌氧消化液的研究，普遍存在着NRR偏低、运行不稳定等问题，而且废水中的有机物、重金属、抗生素等成分可能会对AnAOB产生抑制，因此应侧重于工艺优化改造方面的研究，寻求抑制障碍消除对策。

　　味精废水处理

　　味精废水具有悬浮物浓度高、COD高、生化需氧量（biochemicaloxygendemand，BOD）高、NH4+-N高、SO42−高、pH值低（2左右）等特点，处理难度大、成本高，是难以治理的工业废水之一。

陈旭良等研究了厌氧氨氧化工艺处理味精废水的可行性，经过71天的运行成功启动了厌氧氨氧化反应器，最高NRR达到/（m3·d），但当进水浓度相对较高时，反应器去除效果波动较大。

Shen等研究了不同污泥源富集AnAOB对启动味精工业废水处理系统的影响，接种污泥取自垃圾渗滤液处理厂、市政污水处理厂和味精废水处理厂，经过360天运行，最大比厌氧氨氧化活性分别为/（kgVSS·d）、/（kgVSS·d）和/（kgVSS·d），证明了活性污泥经长期驯化可启动厌氧氨氧化工艺来处理味精废水。

目前，通辽梅花味精废水Ⅰ期工程厌氧氨氧化反应器容积高达6600m3，是迄今世界上规模最大的厌氧氨氧化工程。

但是味精废水中高浓度硫酸盐（5000～5500mg/L）产生强大的渗透压会大大降低污水处理单元中微生物的活性，而且硫酸盐经硫酸盐还原菌作用还会转化为硫化氢，其对AnAOB存在显著的抑制，所以一般不采用厌氧氨氧化直接处理，只是用于后续处理（比如反硝化+短程硝化-厌氧氨氧化或厌氧消化+短程硝化-厌氧氨氧化等）。

因此，这些污染物在整个联合工艺中的变化及对后续厌氧氨氧化工艺的影响还有待研究。

　　焦化废水处理

　　焦化废水含有大量的氨氮、有机物、酚、氰、硫氰化物、焦油及多环芳烃等污染物，毒性大，可生化性差。

Toh等率先研究了厌氧氨氧化工艺应用于焦化废水脱氮的可行性，虽然一开始从实际焦化废水中富集AnAOB并未成功，但是接种市政污泥后取得了成功。

苯酚浓度从50mg/L逐步升至500mg/L，经过15个月的驯化和富集，最大NRR为/（m3·d），是驯化前反应器NRR的倍。

试验表明，经驯化后的AnAOB在苯酚浓度320～330mg/L时（焦化废水苯酚浓度的平均水平），厌氧氨氧化活性仍然存在，反应器NRR约为/（m3·d）。

因此，厌氧氨氧化工艺处理焦化废水潜力巨大，但是焦化废水中含有的酚[51]、氰化物、硫化物、硫氰化物、难以生物降解的焦油、嘧啶等杂环化合物以及联苯、萘等多环芳香化合物对厌氧氨氧化工艺的作用还有待进一步探索。

　　城市生活污水处理

　　目前能源和成本效益以及可持续发展逐渐演变为污水处理行业的标杆，随着我国城镇化步伐的不断推进，城市生活污水的再生利用和能源回收日益成为研究焦点。

城市生活污水所蕴藏的能量主要来自有机碳、氮氮、磷酸盐，据估计其能量每人分别约为23W、6W、，而自养型厌氧氨氧化工艺的应用有望使城市污水厂实现能源自给。

　　对于非热带和亚热带地区的市政污水来说，较低的水温（8～15℃）对于厌氧氨氧化工艺的运行仍是一个巨大的挑战。

Hu等采用一体式短程硝化-厌氧氨氧化工艺，原先25℃下运行的SBR（5L）只用了10天就适应了12℃的低温环境，并在该温度条件下稳定运行了300多天，没有亚硝酸盐积累且NRE超过90%。

同时，该研究还证明，高负荷反应器的污泥可作为低温低氨氮市政污水厌氧氨氧化反应器的接种污泥。

本文作者课题组的研究表明，实验室规模35℃下运行的厌氧氨氧化反应器，可通过逐步降温驯化、菌种流加或添加低温保护剂（甜菜碱）等方法使得