部分亚硝化－厌氧氨氧化工艺处理低氨氮废水研究进展

　　【我国环保在线 技能前沿】厌氧氨氧化( Anammox) 工艺是荷兰代尔夫特大学于1980年发现的一种新式经济的生物脱氮技能。其功用菌为化能自养型厌氧氨氧化细菌无需外加碳源，具有污泥产值少、脱氮功率高级长处。
　　现在，已建成100余座厌氧氨氧化工程，其88%为一体式工艺、12%为分体式工艺。它们大多使用于中温、高氨氮废水的处理，在低氨氮废水处理方面仅有2座。因而，本文总述了该工艺的功用细菌与基因、影响要素、反响器构型以及工程使用事例，为厌氧氨氧化工艺使用于低氨氮废水处理供给科学依据。
　　厌氧氨氧化细菌分类AnAOB广泛存在于深海火山灰、海洋低氧水体。有24%～67%的海洋氮气来源于厌氧氨氧化进程，在地球氮循环中占有重要位置，其首要为浮霉状菌意图浮霉状菌科和厌氧氨氧化科，《Bergey’s Manualof Systematic Bacteriology》收录了5属8种厌氧氨氧化细菌，详细如表1所示。　　AnAOB的5个属别离为Anammoxoglobus、Brocadia、Jettenia、Kuenenia 和 Scalindua。Anammoxoglobus能够氧化丙酸，因而能够选用丙酸进行菌种挑选;Brocadia以CO2为碳源，不能氧化小分子有机酸; Jettenia在已判定的AnAOB中对NO-2的耐受性强，能够耐受高于322mg/L的NO-2-N;Kuenenia stuttgartiensis 发现于生物滤池中，是取得全基因序列的AnAOB; Scalindua 为化能自养型兼性厌氧菌，呈球状，以CO2为碳源。
　　脱氮细菌与功用基因
　　生物脱氮进程的首要功用微生物包含氨氧化细菌( Ammonia oxidizing bacteria，AOB) 、氨氧化古菌( Ammonia-oxidizing archaea，AOA) 、亚硝酸盐氧化菌( Nitrite oxidizing bacteria，NOB) 、AnAOB和反硝化细菌( Denitrifier) 等，其转化机制如图1所示。
　　部分亚硝化-厌氧氨氧化进程首要依赖于AOB与AnAOB，其间功用细菌、功用基因及效果原理如表2所示，除AOB和AnAOB功用基因以外，还列出了NOB和反硝化细菌的功用基因。在部分亚硝化-厌氧氨氧化反响进程中需求调控菌群结构，促进AOB和AnAOB占优势，其调控办法在第2、3部分进行评论。　　部分亚硝化工艺的影响要素　　使用厌氧氨氧化工艺处理含氮废水，首要需求进行短程硝化，将NH+4-N转化为NO-2-N。特别选用两段式厌氧氨氧化工艺处理低氨氮废水，怎么完成氨氮的部分亚硝化，坚持亚硝化份额是技能难点。亚硝化反响能够经过操控反响条件，如DO、pH和温度等促进AOB成长并按捺NOB，首要操控条件如下:
　　DO
　　在莫诺特方程中，氨氧化反响和亚硝酸盐氧化反响的氧饱满浓度别离为0. 3，1.1mg/L，这说明下降溶解氧( DO) 浓度对亚硝酸盐氧化反响发生较为显着的按捺，而对氨氧化进程的影响较小。一般操控部分亚硝化进程ρ( DO) <0. 5mg /L。曝气办法改动也能够按捺NOB，在缺氧条件下忽然曝气，AOB可马上习惯并快速成长，但NOB则需求经过一段时刻的康复才干快速成长。
　　pH、游离氨、游离亚硝酸
　　pH对短程硝化的影响首要经过操控游离氨( Free ammonia，FA) 以及游离亚 硝 酸( Free nitrousacid，FNA) 的浓度，然后影响AOB、NOB的活性。
　　FA对AOB的按捺浓度为10～150mg/L，而对NOB的按捺浓度为0. 1～1 mg/L。在较低pH( <7. 5) 的条件下，FNA对NOB发生激烈的按捺效果，其彻底按捺浓度为0. 026～0. 22mg/L，一起AOB的活性下降50%。可是，反响器中较高的FA、FNA首要源于进水中较高的氨氮浓度，这也是部分亚硝化在高氨氮废水中易完成的原因。关于低氨氮废水，较难经过FA、FNA操控完成部分亚硝化。
　　温 度
　　AOB与NOB对温度改变均很灵敏。当温度>15℃时，AOB的成长速率>NOB，当温度高于25℃时，这一趋势愈加显着。报导氨氧化反响的适温度为30 ℃。SHARON工艺使用这一特色，操控温度在30～35℃，水力停留时刻介于NOB和AOB的小污泥停留时刻之间，然后挑选出AOB并筛选NOB，以坚持安稳的亚硝酸堆集。别的，温度能够影响FA和FNA的化 学平衡，然后直接影响AOB与NOB的活性。关于高氨氮废水如污泥厌氧消化液，因为中温厌氧消化有利于废水坚持较高温度。但在低氨氮污水处理方面，北方城市污水冬天温度低、水量大，低氨氮废水的冬天低温问题使其难以构成安稳的部分亚硝化。
　　接种污泥
　　经过接种AOB占优势菌的活性污泥强化亚硝化进程，可缩短体系的发动时刻，有利于低氨氮废水的短程硝化。例如，奥地利Strass污水厂经过在侧流添加污泥回流的办法，除了能够进步厌氧氨氧化菌含量，也一起强化了AOB。但随着反响的进行，特别在低氨氮废水处理方面，NOB活性可逐步康复，或许的解决办法是经过排泥调控SRT，并补偿短程硝化污泥进行生物强化等。
　　厌氧氨氧化工艺的影响要素
　　厌氧氨氧化细菌代代时刻长，倍增时刻在10～30d，易遭到有机物、NO-2-N、温度等要素影响，构成体系发动时刻长、污泥易丢失、运转安稳性差等问题，因而调理厌氧氨氧化菌的反响条件，有利于体系的安稳运转。厌氧氨氧化工艺首要影响要素包含:
===碳氮比、有机物===　　很多研讨标明，反硝化进程开释的自由能高于厌氧氨氧化进程，以NO-2-N反硝化速率更快，且反硝化菌增殖速率快，因而当体系有机物含量较高时，厌氧氨氧化菌很难与反硝化菌竞赛。当进水ρ( COD) 到达121 mg/L时，尚可坚持较高的总氮去除率，但持续添加进水COD浓度，厌氧氨氧化进程遭到晦气影响，一起NOB活性进步。当进水ρ( COD) /ρ( NO-2 -N) 为2. 92时，厌氧氨氧化菌遭到按捺。
===温 度===　　现在研讨发现，AnAOB可生计的低温度是在北极海冰中的-2. 5 ℃，而高生计温度则是100℃的深海热液喷口。尽管AnAOB的生计温度很广，但不同温度下其活性差异较大。当温度下降至10℃ 时，厌氧氨氧化脱氮负荷较33℃时下降91%。在低温( <15 ℃ ) 条件下，AnAOB的活性会急剧下降，这是城市日子污水选用厌氧氨氧化工艺的一个难点。特别在北方区域，日子污水温度受时节改变影响较大，一般水温为10～25℃，而 AnAOB的适温度一般高于30℃，因而，怎么驯化在低温环境仍可坚持较高活性的AnAOB是该工艺冬天使用的突破口。现在，有关低温条件下进步 AnAOB活性的研讨较少，一般经过进步生物量的办法来补偿低温下活性下降的问题，进步生物量的办法首要包含污泥颗粒化、生物膜固定化或许菌种补偿等。
===NO－2－N===　　高浓度的亚硝酸盐对AnAOB具有较强的按捺效果。 当ρ ( NH+4-N) 和ρ ( NO-3-N)<1000mg/L时，AnAOB的活性没有遭到按捺，但当ρ( NO-2-N) 在100mg/L时，AnAOB的活性被彻底按捺。在选用厌氧氨氧化工艺处理味精废水时发现，AnAOB受ρ( NO-2N) 的按捺浓度为96. 5～126. 0mg/L。
　　厌氧氨氧化工艺处理低氨氮污水的小试研讨发展
　　国内外对厌氧氨氧化工艺在污水处理体系的研讨和工程使用首要会集在高氨氮污水( >500mg/L)处理，但城市日子污水氨氮浓度较低。在低氨氮条件下难以构成对NOB的按捺，不易构成安稳的亚硝化反响。别的，因为AnAOB在低温下活性较低，导致脱氮功率下降。因而，怎么构成安稳的亚硝化以及进步低温下AnAOB的活性，成为厌氧氨氧化工艺处理低氨氮废水的要害。
　　现在，实验室研讨已开始证明厌氧氨氧化工艺处理低氨氮污水具有可行性。选用连续流UASB工艺处理ρ ( NH+4-N) 和ρ ( NO-2-N) 别离为29. 8，33. 4mg/L的低氨氮污水，经11d的发动并安稳运转后，TN去除率 到达80%以上，足以满意GB 18918—2002《乡镇污水处理厂污染物排放规范》Ⅰ级A排放规范。厌氧氨氧化菌颗粒污泥外层被AOB包裹，能够有用耗费水中残留的DO，然后对内部AnAOB有必定的保护效果; 一起，因为颗粒污泥的沉降功用较好，确保了AnAOB有用持留，以为厌氧氨氧化工艺使用于低氨氮城市污水处理有望完成污水零能耗处理，乃至能量产出。
　　厌氧氨氧化工艺的反响器类型
　　因为城市日子污水中氨氮是首要的含氮污染物，生物脱氮工艺首要包含亚硝化反响与厌氧氨氧化反响，其反响器类型首要包含分体式( 两级体系) 和一体式( 一级体系) 工艺两类。分体式工艺是将2个反响在不同的设备中进行，如SHARON-ANAMMOX联合工艺，该工艺的要害在于先进行部分亚硝化，然后为后续厌氧氨氧化供给1：1. 32的ρ ( NH+4-N) /ρ( NO-2-N) 。在对废物渗滤液脱氮的研讨中选用了SHARON-ANAMMOX组合工艺，并操控温度为30 ℃、ρ( DO) 为0. 8～2. 3mg/L 时完成了部分亚硝化，经过166d的运转，氨氮和总氮的去除率别离到达97%和87%。
　　一体式工艺首要包含
　　CPNA ( combined partialnitritation-anammox process ) 、CANON ( completelyautotrophic nitrogen removal over nitrite ) 、OLAND( oxygen limited autotrophic nitrification and denitrification) 、DEAMOX( denitrifying ammonium oxidation) 、DEMON( aerobic deammonification ) 等工艺。
　　经过在CANON中先接种亚硝化污泥20mL，待其安稳1d后接入厌氧氨氧化污泥30mL，在进水ρ( NH+4-N) 约为160mg/L、HRT为2h的条件下，经过50d的安稳运转，ρ ( TN) 去除负荷从1. 31kg /( m3·d) 逐步提升至1. 47kg /( m3·d) 。分体式工艺尽管占地面积较大，但较一体式工艺可控性较好; 一体式工艺建造本钱较低，占地面积少，易于运转和保护，能较好地避免NO-2-N的累积，可是一体式反响器发动时刻长，微生物联系杂乱，易遭到NOB影响导致体系溃散。因而，两种类型均各有优缺点，可根据详细水质状况以及建造条件等进行挑选。
　　厌氧氨氧化工艺处理低氨氮废水的工程使用事例
　　在工程使用方面，迄今为止，上有超越100座使用厌氧氨氧化工艺的实践工程，但首要会集在废物滤液、污泥消化液等高浓度氨氮( >500mg/L) 、低碳氮比污水，在低氨氮污水范畴工程使用较少。现在，仅有两座城市污水处理厂使用干流厌氧氨氧化工艺: 一座是奥地利斯特拉斯( Strass) 污水处理厂，另一座是新加坡樟宜污水处理厂。
　　奥地利 Strass 污水厂
　　斯特拉斯污水处理厂以干流传统工艺( AB法)与侧流新式脱氮工艺( 厌氧氨氧化) 相结合的办法，运转工艺如图2a所示。可知: 污水经过预处理进入A段吸附( adsorption) 去除有机物，可有用避免过高的有机物对厌氧氨氧化菌的按捺。之后污水进入B段生物降解进程( biodegradation) ，即选用一体式厌氧氨氧化工艺脱氮。在A段吸附了很多有机物的污泥，经过排泥、剩下污泥浓缩、厌氧消化和脱水等进程后，发生的污泥厌氧消化液和污泥脱水液氨氮浓度较高，选用侧流厌氧氨氧化DEMON工艺脱氮。侧流部分经过旋流别离器( 图2b) 别离絮体( 首要是AOB)和颗粒污泥( 首要AnAOB) ，然后富集厌氧氨氧化菌。在干流工艺中，除了传统办法的污泥回流外，还需求回流测流工艺的污泥完成对AOB和AnAOB生物强化。除此之外，该工艺还将部分污泥消化液定时回流至B阶段，进行氨氮负荷的调控。
　　Strass 工艺的中心在于生物强化，因为奥地利处于高纬度区域，四季温度改变较大，冬天经过富集丰度较高的厌氧氨氧化菌进行回流; 一起，针对城市日子污水氨氮浓度较低的问题，定时参加氨氮浓度较高的污泥消化液以到达其所需求的氨氮负荷。　　新加坡樟宜污水厂　　樟宜污水处理厂首要选用部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺，其间缺氧池和洽氧池体积比为1 ∶ 1，其间在好氧池完成亚硝酸盐的堆集，缺氧池发生厌氧氨氧化反响。该厂日处理量为80万t，是新加坡大的城市污水处理厂。因为新加坡地处热带区域，城市日子污水的水温终年坚持在28～32℃，为自养脱氮工艺供给了合适条件。该厂的NO-2-N堆集率为76%，37. 5%的TN经过自养脱氮去除，27. 1%经过传统硝化反硝化去除，剩下的TN则存在于出水和剩下污泥中。与其他污水处理厂比较，樟宜污水厂的占地面积以及能耗都相对较低，出水ρ( TN) <5mg/L。
　　定论与展望
　　厌氧氨氧化是一种经济的脱氮工艺，与传统脱氮比较可节省很多动力，在低氨氮废水处理方面具有宽广的使用远景。本文从功用细菌、参数调控、反响器构型以及工程使用等方面论述了厌氧氨氧化工艺使用于低氨氮废水处理的研讨与使用发展。但因为低氨氮废水难以构成亚硝酸盐堆集、厌氧氨氧化细菌难以富集、冬天低温等问题限制了其在低氨氮废水处理方面的使用。因而，亟须在低氨氮废水怎么完成安稳的亚硝酸盐累积，并进步低温条件下厌氧氨氧化细菌活性等方面展开研讨。
　　原标题：部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺处理低氨氮废水研讨发展