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

2、氮废水往往碳源不足,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

3、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

4、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

5、 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

6、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

7、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

8、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-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 dokh

9、aven 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随着垃圾填埋时间的延长 , 渗滤液往往含较高浓度的氨氮,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-n <800mg/l,nh3-n负荷<0.46 kg nh4+/(m3

10、3;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。猪场废水等畜禽废水也是高氨氮废水中的

11、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 7. 5?.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%。行了同步亚硝化-厌氧氨氧化试验。在 sbr 探索试验中,发现 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.

12、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 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 siqing，zhao jianfu1