厭氧氨氧化工藝在污水處理中的研究進展

1、厭氧氨氧化工藝在污水處理中的研究進展摘 要:厭氧氨氧化 (anaerobic ammonia oxidation , 簡稱 anammox 工藝是一種新型高效的脫氮技術。綜述了厭氧氨氧化工藝的生物學 原理、特點及其主要影響因子,歸納了其在不同污水中的研究和應 用進展,展望了厭氧氨氧化今后的研究方向。關鍵詞:厭氧氨氧化 影響因子 高氨氮 研究進展隨著人口的增加,工農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及城市化步伐的加快,含有高 濃度氮磷物質(zhì)的生活污水、工業(yè)廢水和農(nóng)田地表水徑流匯入湖泊、 水庫、河流和海灣水域,使藻類等植物大量繁殖,導致水體的富營 養(yǎng)化,因此以控制富營養(yǎng)化為目的的脫氮除磷已成為世界各國主要 的奮斗目標。高氨

2、氮廢水往往碳源不足,厭氧氨氧化工藝不需要額 外的投加碳源,在缺氧條件下能夠?qū)崿F(xiàn)氨氮的高效去除,而且工藝 流程短,運行費用低,因此吸引了國內(nèi)外學者的廣泛研究。本文歸 納了厭氧氨氧化工藝在不同污水中的研究和應用進展。1 厭氧氨氧化工藝的微生物學原理厭氧氨氧化是指在厭氧條件下,厭氧氨氧化菌以 nh3-n 為電子供 體,以 no2-n 為電子受體,將 nh3-n 和 no2-n 同時轉(zhuǎn)化成 n2,以實 現(xiàn)廢水中氮素的脫除。鄭平通過研究厭氧氨氧化菌混培物的基質(zhì)轉(zhuǎn) 化特性,認為除被證實的硝酸鹽外, no2-n 和 n2o 也能作為厭氧氨 氧化的電子受體, 將 nh3-n 轉(zhuǎn)化為 n2。 厭氧氨氧化工藝作為

3、一種新 型高效的脫氮技術,與傳統(tǒng)的污水脫氮除磷工藝比較,具有耗氧量少、無需外加碳源、污泥產(chǎn)量低和無二次污染等眾多優(yōu)點。2 影響厭氧氨氧化的主要因子2.1 基質(zhì)濃度通常, nh3-n 和 no2-n 是厭氧氨氧化的限制基質(zhì)。 國內(nèi)眾多學者證 明 no2-n 和 nh3-n 的比率對厭氧氨氧化工藝脫氮效率影響較大,張 樹德等提出進水中適宜的 no2-n 和 nh3-n 比值為 1.3,而楊嵐認為 當進水 no2-n 與 nh3-n 比值為 1.16時,利于厭氧氨氧化反應的進 行。李冬在研究常溫低氨氮城市污水厭氧氨氧化反應時發(fā)現(xiàn),在一 定濃度范圍內(nèi), no2-n 和 nh3-n 濃度的提高,有利于提

4、高厭氧氨氧 化生物濾池對總氮的去除負荷,而無法保證對 tn 的去除率。以上 證明較高濃度的 nh3-n 和 no2-n 會在一定程度上影響厭氧氨氧化工 藝的運行性能。2.2 溫度對于微生物而言,溫度會影響酶的活性,進而影響微生物的新陳 代謝,最終導致脫氮效果不佳,因此溫度也是厭氧氨氧化的一個重 要的影響因子。鄭平等通過實驗研究了溫度對厭氧氨氧化的影響, 發(fā)現(xiàn)當溫度從 15升至 30, 反應速率呈逐漸提高趨勢; 升至 35 時,反應速率反而下降,并認為最適溫度約為 30左右。徐慶云等 分別對 25、 30、 35、 40下的厭氧氨氧化反應進行動力學研究,得 到最佳反應溫度為 40。但國外有學者在

5、 18下利用 sbr 反應器 啟動了厭氧氨氧化 , 說明厭氧氨氧化工藝在中低溫下也有可能啟動,為厭氧氨氧化在處理常溫的污水提供了可行性的依據(jù)。 2.3 phnh3-n 和 no2-在水溶液中會發(fā)生離解,因此 ph 值對厭氧氨氧化具 有影響作用。鄭平等認為厭氧氨氧化的最適宜 ph 值在 7.5-8.0附 近; antoniou 等按其推導出的離解方程計算出的厭氧氨氧化菌最適 ph 值為 7.61;陳曦、崔莉鳳等人通過實驗得出 ph 值從 6.50升至 7.80左右時,厭氧氨氧化反應速率逐漸提高,當繼續(xù)升至 9.00左 右時,氨氧化速率和 tn 去除速率則不斷下降,直至接近于零。厭 氧氨氧化反應最

6、適的 ph 值在 7.80左右。綜上,因厭氧氨氧化反應 器的啟動、接種污泥等條件不同,研究人員得出的結(jié)論有所差異, 但仍可以看出厭氧氨氧化的最適 ph 值在 7.0-8.0之間。2.4 水力停留時間 (hrt劉成良利用從厭氧污泥中篩選和馴化的厭氧氨氧化菌直接啟動 uasb 反應器,結(jié)果表明縮短 hrt ,系統(tǒng)的脫氮效率具有波動上升的 特點, no2-n 、 nh3-n 和 tn 的平均去除率均超過 70.0%;魏琛等證 實系統(tǒng) hrt 過短會導致含氮污染物去除不完全, hrt 過長則污泥可 能已經(jīng)解體;金仁村等以普通好養(yǎng)活性污泥為接種污泥,在固定進 水濃度并逐步縮短 hrt 的策略下,成功啟動

7、了新型厭氧氨氧化折流 板反應器 (abr。2.5 其他影響因子厭氧氨氧化工藝需要很高的技術要求,光、溶解氧(do 等限性因子對厭氧氨氧化都起著重要影響。光能抑制厭氧氨氧化菌的活 性,降低 30%50%的氨去除率,當 do>2 mol/l,厭氧氨氧化菌的 活性就會完全被抑制, 不過這種抑制是可逆的。 劉杰等研究了 bmtm 生物膜載體對厭氧氨氧化工藝啟動特性的影響 , 結(jié)果表明 , 采用 bmtm 載體啟動上流式填料床生物膜反應器厭氧氨氧化工藝 , 當 nh3-n 與 no2-n 去除負荷之和達 0.22kg/(m3·d 時 , 啟動速度較采 用 uasb 反應器啟動的厭氧氨氧化

8、工藝大幅提高。金仁村考察了鹽 度對厭氧氨氧化的影響,結(jié)果表明,高鹽度顯著抑制厭氧氨氧化活 性。3 厭氧氨氧化工藝處理不同污水的研究進展3.1 厭氧氨氧化工藝高氨氮廢水的研究進展若單獨采用厭氧氨氧化技術對污泥消化上清液脫氮處理,則會大 大減輕污水生物脫氮處理單元的負擔、減少供氧量、降低能耗和運 行成本。荷蘭 delf 大學開發(fā)的 shanron-anammox 工藝在處理污泥 消化液上清液時,表明在不控制 shanron 反應器 ph 值,進水總氮 負荷為 0.8kg/(m3·d 的條件下 , 氮的總?cè)コ士蛇_到 83%。 shanron-anammox 工藝現(xiàn)已在荷蘭鹿特丹 dokh

9、aven 污水處理廠得以 實踐應用 , 用以處理污泥消化液。在 sharonan-anammox 基礎上,荷 蘭 delft 大學又發(fā)展了一種全新的工藝 canon 工藝。vazquez-padin 等在 20,以厭氧消化污泥作為進水在脈沖充氧的隨著垃圾填埋時間的延長 , 滲濾液往往含較高濃度的氨氮,而有機 物濃度相對較小, c/n比嚴重失調(diào), 成為一種難處理的高氨氮廢水。 深圳市下坪固體廢棄物填埋場滲濾液處理廠通過 sbr 反應器實現(xiàn) canon 工藝,發(fā)現(xiàn) do 控制在 1mg/l左右,進水 nh3-n <800mg/l,nh3-n負荷<0.46 kg nh4+/(m3

10、3;d 的條件下, nh3-n 的去除 率>95%, tn 的去除率>90%。 周少奇通過接種垃圾填埋場滲濾液處 理活性污泥,以自配含 nh3-n 和 no2-n 的廢水為進水,采用 uasb 生物膜系統(tǒng)啟動了 anamm0x 反應。 結(jié)果表明:在反應器運行的第 56d , nh3-n 、 no2-n 和 tn 的去除率分別為 99.8%、 98.8%、 90.2%;在隨 后的運行中處理效果保持穩(wěn)定, 去除的 nh3-n 、 no2-n 和生成的 no3-n 比例為 1:1.61:0.25,出水 ph 穩(wěn)定在 8.3左右,進、出水堿度變化 不大。豬場廢水等畜禽廢水也是高氨氮廢水中的

11、一種。荀方飛等以實際 豬場廢水為研究對象 , 采用 sbr 反應器,接種厭氧消化污泥培養(yǎng)厭 氧氨氧化細菌成功啟動了厭氧氨氧化反應,通過正交試驗,表明厭 氧氨氧化最佳運行參數(shù)為 ph 值 7. 5?.1,溫度 33(?, hrt 為 1.2d 。 當達到最佳運行參數(shù)時 ,nh3-n 的去除率達到 98.47%, no2-n 去除率達到 99.09%。行了同步亞硝化-厭氧氨氧化試驗。在 sbr 探索試驗中,發(fā)現(xiàn) nh3-n 消耗速率為 0.164-0.218 kg/(m3· d,no3-n 產(chǎn)生速率為 0.026-0.036 kg/(m3·d,tn 脫除速率為 0.124-0.

12、194 kg/(m3·d, 去除效率為 65%-75%；在后續(xù)的改進試驗中，通過提高溫度、增設 非曝氣運行時段和增加厭氧氨氧化菌生物量，tn 去除效率提高至 77-88%。 4 結(jié)論與展望 目前厭氧氨氧化技術的研究還不夠成熟，在生產(chǎn)實踐中的應用仍 存在局限性，尤其是我國在生物脫氮除磷技術的研究上起步晚，發(fā) 展不迅速。但其實現(xiàn)了氨氮的最短途徑轉(zhuǎn)換，具有其它工藝無法比 擬的高效、低耗、可持續(xù)等優(yōu)點，因此加強該工藝在污水處理中的 應用是日后的研究重點。今后仍需對在以下幾個方面做進一步的研 究：(1厭氧氨氧化菌及相關菌種的培養(yǎng)和馴化；(2探索厭氧氨氧 化工藝的快速啟動方法；(3研究垃圾滲濾液、焦化廢水等含有有 毒物質(zhì)的污水對厭氧氨氧化的影響，試圖消除這些干擾因素的抑 制；(4基于厭氧氨氧化技術，探索能應用于生產(chǎn)實踐的有效的耦 合工藝。 參考文獻： 1 侯金良,康勇.城市廢水生物脫氮除磷技術的研究進展j.化 工進展,2007,26(3:366-370,376. 2 王俊安,李冬,田智勇,等.常溫城市污水同步亞硝化-厭氧氨 氧化研究j.環(huán)境科學,2009,30(7:2001-2006. 3 wang rongchang， barth f.smets， mogens henze， zhang yalei1， xia siqing，zhao jianfu1