介紹2022年最前沿的生物脫氮工藝

介紹2022年最前沿的生物脫氮工藝目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument".序言 2\o"CurrentDocument".同步硝化反硝化(SND)脫氮工藝 22.1.概述 2\o"CurrentDocument"2.2.同步硝化反硝化生物脫氮(SND)的概念 3\o"CurrentDocument"2.3.MBBR生物移動(dòng)床同步硝化反硝化脫氮機(jī)理 4\o"CurrentDocument"2.4.MBBR同步硝化反硝化的影響因素 4\o"CurrentDocument"2.4.1.填料對MBBR法的影響 5\o"CurrentDocument"2.4.2.溶解氧(DO)對MBBR法的影響 5\o"CurrentDocument"3.短程硝化脫氮(SHARON)工藝 61.概述 6\o"CurrentDocument"2.發(fā)展過程 7\o"CurrentDocument"4.厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝 81.概述 8\o"CurrentDocument"2.主流厭氧氨氧化工藝的研究與應(yīng)用進(jìn)展 82.2.厭氧氧氧化技術(shù)工藝及反應(yīng)器 103.工程應(yīng)用進(jìn)展 11\o"CurrentDocument"3.2.國內(nèi)工程應(yīng)用 14\o"CurrentDocument"4.1.厭氧氮氧化工藝的快速啟動(dòng) 15\o"CurrentDocument"4.3.厭氧氮氧化工藝的穩(wěn)定運(yùn)行 18\o"CurrentDocument"4.5.結(jié)語與展望 20\o"CurrentDocument".亞硝酸型硝化一厭氧氨氧化脫氮(SHARON—ANAMMOX)技術(shù) 21\o"CurrentDocument"1.概述 21\o"CurrentDocument"2.短程硝化-厭氧氨氧化工藝(SHARON—ANAMMOX) 21\o"CurrentDocument".限制自養(yǎng)硝化反硝化(OLAND)工藝 22\o"CurrentDocument".單級全程自養(yǎng)脫氮(CANON)工藝 23.序言傳統(tǒng)的生物脫氮工藝基本原理是在二級生物處理過程中，先將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮，再通過硝化菌和反硝化菌的作用將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮，最終通過反硝化作用將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)馔瓿擅摰Ｒ驗(yàn)橄趸c反硝化反應(yīng)的進(jìn)行存在相互制約的關(guān)系；在有機(jī)物大量存在的情況下，自養(yǎng)硝化菌對氧氣和營養(yǎng)物的競爭力不如好養(yǎng)異養(yǎng)菌，無法占據(jù)主導(dǎo)地位；反硝化需要有機(jī)物作為電子供體，但是硝化過程去除了大量的有機(jī)物，導(dǎo)致反硝化過程中碳源缺乏，所以為平衡兩單元的不同需求，發(fā)展出多種生物脫氮方法相結(jié)合的工藝。傳統(tǒng)的生物脫氮工藝主要依靠調(diào)整工藝流程來緩解硝化菌反應(yīng)環(huán)境和反硝化菌反應(yīng)環(huán)境之間存在的矛盾。如果硝化反應(yīng)階段在前，則需要外加電子供體例如甲醇等物質(zhì)，提高了運(yùn)行費(fèi)用；如果硝化反應(yīng)階段在后，則需要將硝化廢水回流，容易產(chǎn)生污泥上浮并且需要提高回流比以獲得更高的去除率。這個(gè)矛盾在處理氨氮濃度較低的市政廢水中尚不明顯，但在處理垃圾滲濾液、畜牧廢水等高濃度氨氮廢水時(shí)，極大的限制了系統(tǒng)脫氮效率。近年來通過理論研究和實(shí)踐創(chuàng)新，人們發(fā)現(xiàn)了一些與傳統(tǒng)生物脫氮理論相反的生物脫氮方法，如SND?工藝、SHARON工藝、ANAMMOX工藝、SHARON-ANAMMOX組合工藝、OLAND工藝、CANON工藝。.同步硝化反硝化(SND)脫氮工藝概述根據(jù)傳統(tǒng)生物脫氮理論，脫氮途徑一般包括硝化和反硝化兩個(gè)階段，硝化和反硝化兩個(gè)過程需要在兩個(gè)隔離的反應(yīng)器中進(jìn)行，或者在時(shí)間或空間上造成交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個(gè)反應(yīng)器中。實(shí)際上，較早的時(shí)期，在一些沒有明顯的缺氧及厭氧段的活性污泥工藝中，人們就從多次觀察到氮的非同化損失現(xiàn)象，在曝氣系統(tǒng)中也曾多次觀察到氮的消失。在這些處理系統(tǒng)中，硝化和反硝化反應(yīng)往往發(fā)生在同樣的處理?xiàng)l件及同一處理空間內(nèi)，因此，這些現(xiàn)象被稱為同步硝化/反硝化(SND)。①同步硝化反硝化：SimultaneousNitrificationandDenitrification對于各種處理工藝中出現(xiàn)的SND現(xiàn)象已有大量的報(bào)道，包括生物轉(zhuǎn)盤、連續(xù)流反應(yīng)器以及序批示SBR反應(yīng)器等等。與傳統(tǒng)硝化一反硝化處理工藝比較，SND能有效地保持反應(yīng)器中pH穩(wěn)定，減少或取消堿度的投加；減少傳統(tǒng)反應(yīng)器的容積，節(jié)省基建費(fèi)用；對于僅由一個(gè)反應(yīng)池組成的序批示反應(yīng)器來講，SND能夠降低實(shí)現(xiàn)硝化一反硝化所需的時(shí)間；曝氣量的節(jié)省，能夠進(jìn)一步降低能耗。因此SND系統(tǒng)提供了今后降低投資并簡化生物除氮技術(shù)的可能性。同步硝化反硝化生物脫氮(SND)的概念同步硝化反硝化脫氮技術(shù)(SND)是在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)產(chǎn)生硝化、反硝化和除碳反應(yīng)。它突破了傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為硝化和反硝化不能同時(shí)發(fā)生的認(rèn)識，尤其是好氧條件下，也可以發(fā)生反硝化反應(yīng)，使得同步硝化和反硝化成為可能。硝化過程消耗堿度，反硝化過程產(chǎn)生堿度，SND故能夠有效地保持反應(yīng)器中pH值穩(wěn)定，無需酸堿中和，無需外加碳源；節(jié)省反應(yīng)器體積，縮短反應(yīng)時(shí)間，通過降低硝態(tài)氮濃度可以減少二沉池污泥漂浮，因而SND成為生物脫氮的一個(gè)研究熱點(diǎn)。對于SND生物脫氮的可行性，目前有以下主要三種從不同角度出發(fā)得出的觀點(diǎn)：宏觀環(huán)境角度：該觀點(diǎn)認(rèn)為完全均勻混合狀態(tài)是不存在的，反應(yīng)器內(nèi)DO分布不均勻能夠形成好氧、缺氧、厭氧區(qū)域，在同一生物反應(yīng)器缺氧/厭氧環(huán)境條件下可以發(fā)生反硝化反應(yīng)，聯(lián)合區(qū)段內(nèi)好氧環(huán)境中有機(jī)物去除和氨氮的硝化，SND是可以實(shí)現(xiàn)的。微環(huán)境角度：該觀點(diǎn)認(rèn)為微生物絮體內(nèi)的缺氧微環(huán)境是形成SND的主要原因，即由于氧的擴(kuò)散(傳遞)限制，微生物絮體內(nèi)存在溶解氧梯度，從而形成有利于實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的微環(huán)境。生物學(xué)角度：該觀點(diǎn)認(rèn)為特殊微生物種群的存在被認(rèn)為是發(fā)生SND的主要原因，有的硝化細(xì)菌除了能夠進(jìn)行正常的硝化作用還能夠進(jìn)行反硝化作用，有荷蘭學(xué)者分離出既可進(jìn)行好氧硝化，又可進(jìn)行好氧反硝化的泛養(yǎng)硫球菌；還有一些細(xì)菌彼此合作，進(jìn)行序列反應(yīng)，把氨轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓瑸樵谕环磻?yīng)器在同一條件下完成生物脫氮提供了可能。目前對生物脫氮的微生物學(xué)研究和解釋較多，但都不夠完善，對SND現(xiàn)象的認(rèn)識仍在發(fā)展與探索之中。微環(huán)境理論是被普遍接受的，由于溶解氧梯度的存在，微生物絮體或生物膜的外表面溶解氧濃度高，以好氧硝化菌及氨化菌為主；深入內(nèi)部，氧傳遞受阻及外部溶解氧大量的消耗而產(chǎn)生缺氧區(qū)，反硝化菌為優(yōu)勢菌種，故可導(dǎo)致同步硝化反硝化的發(fā)生。該理論解釋了在同一反應(yīng)器中不同菌種共同存在的問題，但也存在一個(gè)缺陷，即有機(jī)碳源問題。有機(jī)碳源既是異養(yǎng)反硝化的電子供體，又是硝化過程的抑制物質(zhì)，污水中的有機(jī)碳源在穿過好氧層時(shí)，首先被好氧氧化，處于缺氧區(qū)的反硝化菌由于得不到電子供體而降低了反硝化速率，可能影響SND的脫氮效率，故同步硝化反硝化的機(jī)理仍需要進(jìn)一步完善。3.MBBR生物移動(dòng)床同步硝化反硝化脫氮機(jī)理MBBR是結(jié)合懸浮生長的活性污泥法和附著生長的生物膜法的高效新型反應(yīng)器，基本設(shè)計(jì)原理是將比重接近水、可懸浮于水中的懸浮填料直接投加到反應(yīng)池中作為微生物的活性載體，懸浮填料能與污水頻繁多次接觸，逐漸在填料表面生長出生物膜（掛膜），強(qiáng)化了污染物、溶解氧和生物膜的傳質(zhì)效果，即而MBBR被稱為“移動(dòng)的生物膜”?；谄馭ND機(jī)理研究，綜合微環(huán)境和生物學(xué)理論，MBBR生物膜內(nèi)SND可能存在的反應(yīng)模式是，分布于生物膜好氧層的好氧氨氧化菌、亞硝酸鹽氧化菌和好氧反硝化細(xì)菌與分布于生物缺氧層的厭氧氨氧化菌、自養(yǎng)型亞硝酸細(xì)菌和反硝化細(xì)菌相互協(xié)作，最終達(dá)到脫氮目的。MBBR是依靠曝氣池內(nèi)的曝氣和水流的提升作用使載體處于流化狀態(tài)，進(jìn)而形成懸浮生長的活性污泥和附著生長的生物膜，充分發(fā)揮附著相和懸浮相生物兩者的優(yōu)越性，不僅提供了宏觀和微觀的好氧和厭氧環(huán)境，還解決了自養(yǎng)硝化菌、異養(yǎng)反硝化菌與異養(yǎng)細(xì)菌的DO之爭和碳源之爭。故MBBR可實(shí)現(xiàn)硝化和反硝化兩個(gè)過程的動(dòng)力學(xué)平衡，具有同步硝化反硝化非常良好的條件，能實(shí)現(xiàn)MBBR同步硝化反硝化脫氮。4.MBBR同步硝化反硝化的影響因素實(shí)現(xiàn)MBBR同步硝化反硝化的關(guān)鍵技術(shù)是控制MBBR內(nèi)硝化和反硝化的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)平衡，解決自養(yǎng)硝化菌和異養(yǎng)細(xì)菌的DO之爭及反硝化菌和異養(yǎng)細(xì)菌的碳源之爭等，故實(shí)現(xiàn)其主要控制因素有：碳氮比、溶解氧濃度、溫度和酸堿度等。1.填料對MBBR法的影響MBBR法的技術(shù)關(guān)鍵在于比重接近于水、輕微攪拌下易于隨水自由運(yùn)動(dòng)的生物填料。通常填料由聚乙烯塑料制成，每一個(gè)載體的外形為直徑10mm、高8mm的小圓柱體，圓柱體中有十字支撐，外壁有突出的豎條狀鰭翅，填料中空部分占整個(gè)體積的0.95,即在一個(gè)充滿水和填料的容器中，每一個(gè)填料中水占的體積為95%?？紤]到填料旋轉(zhuǎn)以及總?cè)萜魅莘e，填料的填充比被定義為載體所占空間的比例，為了達(dá)到最好的混合效果，填料的填充比最大為0.7。理論上填料總的比表面積是按照每一單位體積生物載體比表面積的數(shù)量來定義的，一般為700m2/n?。當(dāng)生物膜在載體內(nèi)部生長時(shí)，實(shí)際有效利用的比表面積約為500m2/m3o此類型的生物填料有利于微生物在填料內(nèi)側(cè)附著生長，形成較穩(wěn)定的生物膜，并且容易形成流化狀態(tài)。當(dāng)預(yù)處理要求較低或污水中含有大量纖維物質(zhì)時(shí)，例如在市政污水處理中不采用初沉池或者在處理含有大量纖維的造紙廢水時(shí)，采用比表面積較小、尺寸較大的生物填料，當(dāng)已有較好的預(yù)處理或用于硝化時(shí)，采用比表面積大的生物填料。2.4.2.溶解氧(DO)對MBBR法的影響DO濃度是影響同步硝化一反硝化的一個(gè)主要的限制因素，通過對DO濃度的控制，可使生物膜的不同部位形成好氧區(qū)或缺氧區(qū)，這樣便具有了實(shí)現(xiàn)同步硝化一反硝化的物理?xiàng)l件。從理論上講，當(dāng)DO質(zhì)量濃度過于高時(shí)，DO能穿透到生物膜內(nèi)部，使其內(nèi)部難以形成缺氧區(qū)，大量的氨氮被氧化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，使得出水TN仍然很高；反之，如果DO濃度很低，就會造成生物膜內(nèi)部很大比例的厭氧區(qū)，生物膜反硝化能力增強(qiáng)(出水硝氮和亞硝氮濃度都很低)，但由于DO供應(yīng)不足，MBBR工藝硝化效果下降，使得出水氨氮濃度上升，從而導(dǎo)致出水TN上升，影響最終的處理效果。通過研究最終得出了MBBR法處理城市生活污水DO的一個(gè)最佳值：當(dāng)DO質(zhì)量濃度在2mg/L以上時(shí)，DO對MBBR硝化效果的影響不大，氨氮的去除率可達(dá)97%-99%,出水氨氮都能保持在1.0mg/L以下；DO質(zhì)量濃度在l.Omg/L左右時(shí)，氨氮的去除率在84%左右，出水氨氮濃度有明顯上升。另外，曝氣池內(nèi)DO也不宜過高，溶解氧過高能夠?qū)е掠袡C(jī)污染物分解過快，從而使微生物缺乏營養(yǎng)，活性污泥易于老化，結(jié)構(gòu)松散。此外，DO過高，過量耗能，在經(jīng)濟(jì)上也是不適宜的。因?yàn)镸BBR法主要是通過懸浮填料來實(shí)現(xiàn)最終的污水處理，所以DO對懸浮填料的影響也是影響整個(gè)處理結(jié)果的關(guān)鍵。有研究表明反應(yīng)器的充氧能力在一定范圍內(nèi)隨著懸浮填料填充率的增大而增大。在曝氣的作用下，水隨填料一起流化，水流紊動(dòng)程度較無填料時(shí)大，加速了氣液界面的更新和氧的轉(zhuǎn)移，使氧的轉(zhuǎn)移速率提高。隨著填料數(shù)量的增多，填料、氣流和水流三者之間的這種切割作用和紊動(dòng)作用不斷加強(qiáng)。但加入填料量為60%時(shí)，填料在水中的流化效果變差，水體紊動(dòng)程度也降低，使得氧的傳遞速率下降，氧的利用率降低。所以針對不同類型的水質(zhì)，控制好DO的量對整個(gè)工藝最終的處理結(jié)果是至關(guān)重要的。3.短程硝化脫氮(SHARON)工藝1.概述SHARON(沙龍)工藝反硝化階段電子供體為有機(jī)物，電子受體為亞硝酸根；硝化階段電子供體為氨，電子受體為氧，產(chǎn)物為亞硝酸根，和傳統(tǒng)硝化一反硝化工藝相比，從亞硝酸根還原到氮?dú)馑枰碾娮庸w比從硝酸根還原到氮?dú)馑枰碾娮庸w要少，這對于C/N比較低的廢水脫氮是很有價(jià)值的。SHARON工藝即短程硝化脫氮工藝，是荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)1997年提出開發(fā)的新型生物脫氮工藝?；驹硎窃谕粋€(gè)反應(yīng)器內(nèi)，在有氧的條件下，自養(yǎng)型亞硝酸菌將NH3—N轉(zhuǎn)化為NO],然后在缺氧條件下，異養(yǎng)型反硝化菌以有機(jī)物為電子供體，以NO]為電子受體，將NO]轉(zhuǎn)化為此。其理論基礎(chǔ)是亞硝酸型硝化反硝化技術(shù)，生化反應(yīng)可用下式表示：NH^+1.5O2=NO2+2H++H2ONO2+3[H]+H+=0.5N2+2H2O該工藝的關(guān)鍵是如何將氨氧控制在亞硝酸階段，并持久維持在較高濃度的亞硝酸鹽積累。該工藝使用無需污泥停留的CSTR反應(yīng)器，在較短的HRT和30?40攝氏度的條件下，通過“洗泥”的方式進(jìn)行種群篩選，產(chǎn)生大量的亞硝酸菌。SHARON工藝適用于高濃度氨(500mg/L)廢水的處理，尤其適用于具有脫氨要求的預(yù)處理或旁路處理。該工藝與傳統(tǒng)工藝相比可節(jié)省供氧量25%,可節(jié)省反硝化碳源40%o2.發(fā)展過程1975年，Voets等發(fā)現(xiàn)了硝化過程中亞硝酸鹽積累的現(xiàn)象，并首次提出了短程硝化反硝化生物脫氮的概念。1986年Sutherson等證實(shí)了其可行性，國內(nèi)外研究表明，與傳統(tǒng)的硝化反硝化相比，短程硝化反硝化具有可減少25%左右的需氧量，降低能耗；節(jié)省反硝化階段所需要的有機(jī)碳源，降低了運(yùn)行費(fèi)用；縮短HRT,減少反應(yīng)器體積和占地面積；降低了污泥產(chǎn)量；硝化產(chǎn)生的酸度可部分地由反硝化產(chǎn)生的堿度中和。因此，對許多低C/N比廢水，目前比較有代表性的工藝有亞硝酸菌與固定化微生物單級生物脫氮工藝，單一反應(yīng)器通過亞硝酸鹽去除氨氮(SHARON)工藝。SHARON工藝是由荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)開發(fā)的一種新型脫氮工藝，其基本原理是在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)，在有氧條件下，利用氨氧化菌將氨氮氧化成亞硝態(tài)氮，然后在缺氧條件下，以有機(jī)物為電子供體，將亞硝態(tài)氮反硝化成電。將氨氧化控制在亞硝化階段是該工藝的關(guān)鍵。SHARON工藝的成功在于：(1)利用了溫度這一重要因素，提高了亞硝酸細(xì)菌的競爭能力；(2)利用完全混合反應(yīng)器在無污泥回流條件下污泥停留時(shí)間(SRT)與水力停留時(shí)間(HRT)的同一性，控制HRT大于亞硝酸細(xì)菌的世代時(shí)間，小于硝酸細(xì)菌的世代時(shí)間，實(shí)現(xiàn)硝酸細(xì)菌的“淘洗”，使反應(yīng)器內(nèi)主要為亞硝酸細(xì)菌；(3)控制較高的pH值，不僅抑制了硝酸細(xì)菌，也消除了游離亞硝酸(FNA)對亞硝酸細(xì)菌的抑制。1998年在荷蘭已有此類污水處理廠投入運(yùn)行。盡管SHARON工藝按有氧/缺氧的間歇運(yùn)行方式取得了較好的效果，但不能保證出水氨氮的濃度很低。該工藝更適于對較高濃度的含氨氮廢水的預(yù)處理或旁路處理。4.厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝概述ANAMMOX工藝是荷蘭Delft大學(xué)1990年提出的一種新型脫氮工藝。在厭氧條件下，微生物以N&—N為電子供體，NOW為電子受體，把NH3—N、N03轉(zhuǎn)化為電的過程。其生化反應(yīng)可由下式表示：5NH^+3NO3=4N2+9H2O+2H+NH^+NO2=N2+2H2O厭氧氨氧化過程中起作用的微生物是ANAMMOX菌。該菌是專性厭氧化學(xué)無機(jī)自養(yǎng)細(xì)菌，生長十分緩慢，在實(shí)驗(yàn)室的條件下世代期為2?3周，厭氧氨氧化過程的生物產(chǎn)量很低，相應(yīng)污泥產(chǎn)量也很低。ANAMMOX工藝的影響因素主要集中在系統(tǒng)環(huán)境對ANAMMOX菌的抑制。主要影響因素包括反應(yīng)器的生物量、基質(zhì)濃度、pH值、溫度、水力停留時(shí)間和固體停留時(shí)間等。該工藝相比傳統(tǒng)的脫氮過程，耗氧下降62.5%,不需要外加碳源，節(jié)約成本，不需調(diào)節(jié)pH值降低運(yùn)行費(fèi)用。但是也存在不足：工藝還沒有實(shí)現(xiàn)實(shí)用化和長期穩(wěn)定運(yùn)行，ANAMMOX菌生長緩慢，啟動(dòng)時(shí)間長，為保持反應(yīng)器內(nèi)足夠多的生物量，需要有效的截留污泥等。主流厭氧氨氧化工藝的研究與應(yīng)用進(jìn)展1.前述生物脫氮技術(shù)被廣泛用于廢水中氮的去除，在傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)中，氨氮首先被嚴(yán)格好氧的氨氧化細(xì)菌(ammonia-oxidizingbacteria,AOB)和亞硝酸鹽氧化菌(nitriteoxidizingbacteria,NOB)氧化為亞硝態(tài)氮(NO]-N)和硝態(tài)氮(NO1—N),之后異養(yǎng)菌(heterotrophicbacteria,HB)利用有機(jī)物提供的電子將硝酸鹽還原為氮?dú)狻４诉^程不僅需要消耗大量能量為硝化反應(yīng)提供氧氣，且常常需要額外補(bǔ)充有機(jī)物保證反硝化脫氮的進(jìn)行。厭氧氨氧化技術(shù)(anammox)是20世紀(jì)90年代由荷蘭代爾夫特大學(xué)開發(fā)的一種新型自養(yǎng)生物脫氮工藝，與傳統(tǒng)脫氮技術(shù)相比，自養(yǎng)型厭氧氨氧化工藝被認(rèn)為是一種更高效、節(jié)能的廢水處理方法，其在厭氧或缺氧條件下以NOW—N為電子受體，利用厭氧氨氧化細(xì)菌(anaerobicammoniaoxidationbacteria,AnAOB)將氨氮直接氧化為氮?dú)?。在?jié)約了硝化反應(yīng)曝氣能源的基礎(chǔ)上，還無需外加碳源，且由于AnAOB屬自養(yǎng)型微生物，生長緩慢，因此，可大大減少工藝的污泥產(chǎn)量。由于厭氧氨氧化技術(shù)在污水廠節(jié)能降耗、綠色環(huán)保方面表現(xiàn)出來的顯著優(yōu)勢，過去二十年里，國內(nèi)外研究者對其展開了大量研究。截至2021年3月，根據(jù)WebofScience數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球已發(fā)表厭氧氨氧化相關(guān)科技論文4403篇，其中，中國是全球發(fā)表厭氧氨氧化相關(guān)文章最多的國家(共計(jì)2054篇，占46.6%)o論文研究方向涉及環(huán)境微生物學(xué)、水資源、生態(tài)學(xué)等83個(gè)方向，具體可細(xì)分為：(1)研究抑制厭氧氨氧化效果的物質(zhì)及其濃度，如氨氮、NO3—N、有機(jī)物、鹽、重金屬、磷酸鹽和硫化物等對厭氧氨氧化過程的抑制作用影響；(2)研究自養(yǎng)生物脫氮系統(tǒng)中涉及的主要微生物，如AOB、NOB、AnAOB、HB及其相互作用；(3)研究控制NOB生長的方法及對應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)，如改變?nèi)毖?好氧狀態(tài)、維持高氨氮濃度、利用底物如游離亞硝酸(FNA)的抑制作用、控制曝氣時(shí)間等；(4)研究不同的厭氧氨氧化工藝、反應(yīng)器和污泥存在形態(tài)(懸浮污泥，生物膜)對處理效果的影響；(5)研究維持AnAOB生物量的方法?；谝陨隙喾矫娴难芯抗ぷ?，厭氧氨氧化技術(shù)日益成熟，且被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水、垃圾滲濾液、沼液等高含氮廢水生物處理過程中，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球已有超過110座生產(chǎn)性厭氧氨氧化工程，但其中絕大部分用于市政污水的側(cè)流處理。將厭氧氨氧化技術(shù)引入市政污水主流工藝應(yīng)用，不僅可通過耦合碳濃縮預(yù)處理實(shí)現(xiàn)污水能量回收最大化，而且可顯著減少外加碳源量，從而有效降低污水的脫氮運(yùn)行成本。由于生活污水與工業(yè)廢水、垃圾滲濾液、沼液等高含氮廢水在水質(zhì)、水溫、水量等方面的差異，厭氧氨氧化工藝在污水處理主流工藝應(yīng)用上面臨很多技術(shù)瓶頸。在日益重視污水資源化、能源化發(fā)展的今天，這種綠色低碳且可持續(xù)的脫氮工藝受到越來越多關(guān)注和研究，主流厭氧氨氧化工藝的工程應(yīng)用也取得很大的進(jìn)步，下文基于現(xiàn)有研究和應(yīng)用成果，對該工藝基本情況、工程應(yīng)用進(jìn)展和主流工藝應(yīng)用面臨的技術(shù)難點(diǎn)展開論述。4.2.2.厭氧氨氧化技術(shù)工藝及反應(yīng)器4.2.2.1.工藝類型污水的厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮過程一般包括兩個(gè)階段：(1)有氧條件下，約一半的氨氮轉(zhuǎn)化為N03—N的部分硝化(partialnitritation,PN)反應(yīng)階段，反應(yīng)方程式如式(1)；(2)缺氧/厭氧條件下，AnAOB以第一階段產(chǎn)生的NO]一N為電子受體，將89%左右的氨氮氧化為氮?dú)狻⑹Ｏ碌陌钡趸癁镹O]-N的厭氧氨氧化反應(yīng)階段，反應(yīng)方程式如式(2)。0.57NHJ+1.14HCOI+0.85502->0.57NO；+L14CO2+1.71H2O (1)NH；+I.32NO；+0.116H4+0.066HCO；->0.26NO；+1.02505N2+Z025H2O+0.066《"200.州立於 (2)基于自養(yǎng)脫氮的兩個(gè)反應(yīng)階段，目前，厭氧氨氧化工藝可以分為兩段式和一體式兩種，分別是指在兩個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)器和在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行PN和厭氧氨氧化反應(yīng)。在一體式系統(tǒng)中，兩個(gè)反應(yīng)階段都在一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，兩種功能細(xì)菌(AOB和AnAOB)并存，因此，需要嚴(yán)格控制曝氣，且由于多種微生物種群共存，其反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間較長，易受負(fù)荷沖擊影響，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。但一體式系統(tǒng)具有建設(shè)成本低、占地面積小、體積負(fù)荷大、可有效避免亞硝酸鹽積聚引起的抑制作用等優(yōu)點(diǎn)，因此，工程應(yīng)用更廣泛。與一體式系統(tǒng)相比，兩段式系統(tǒng)的反應(yīng)器可以獨(dú)立調(diào)節(jié)和控制，更加靈活穩(wěn)定。將自養(yǎng)脫氮的兩個(gè)反應(yīng)階段分離，不僅可以優(yōu)化富集AOB和AnAOB,而且可以通過PN段消除一些有毒有機(jī)污染物，避免有毒物質(zhì)和有機(jī)物直接進(jìn)入后續(xù)的厭氧氨氧化反應(yīng)器中。但兩段式系統(tǒng)投資成本更高，且由于PN段形成的NO]—N容易積聚，產(chǎn)生游離亞硝酸抑制作用，系統(tǒng)需匹配PN和厭氧氨氧化兩反應(yīng)階段的反應(yīng)速率，系統(tǒng)設(shè)計(jì)更為復(fù)雜。目前，在組合PN和厭氧氨氧化反應(yīng)的基礎(chǔ)上，已開發(fā)出多種工藝，包括兩段式的SHARON-Anammox工藝、一體式的亞硝酸鹽完全自養(yǎng)脫氮工藝(CANON)、脫氨工藝(DEMON)、限氧自養(yǎng)硝化反硝化工藝(OLAND),以及同步亞硝化、厭氧氨氧化和反硝化工藝(SNAD)等。在厭氧氨氧化發(fā)展的早期階段，研究和應(yīng)用主要以SHARON-Anammox工藝為主，該工藝對高氨氮、低亞硝酸鹽污水有較好的處理效果。到2001年，可自發(fā)形成厭氧氨氧化顆粒污泥的CANON工藝問世，并迅速受到廣泛歡迎，該工藝中氨氮在AOB和AnAOB的共同作用下完成轉(zhuǎn)化，可用于處理有機(jī)質(zhì)含量低的污水，是目前全世界研究應(yīng)用最多的厭氧氨氧化工藝。與CANON工藝相似的OLAND工藝也逐漸受到關(guān)注，該工藝采用生物轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)且運(yùn)行過程要求嚴(yán)格控制曝氣，因此，在實(shí)際工程中比較少見，但在未來有望得到更廣泛的應(yīng)用。此外，以控制pH、使用水力旋流器分離AnAOB為特點(diǎn)的DEMON工藝也受到普遍歡迎，已有超過30個(gè)污水處理廠采用該工藝。4.2.2.2.反應(yīng)器應(yīng)用厭氧氨氧化工藝中，反應(yīng)器的選擇必須滿足自養(yǎng)型微生物長世代周期和污泥截留的需要?；谝陨弦?，工程應(yīng)用中常采用序批式反應(yīng)器(SBR)、序批式生物膜反應(yīng)器(SBBR)、移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBR)、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)和厭氧膨脹顆粒床反應(yīng)器(EGSB)等。其中，SBR是厭氧氨氧化工藝中應(yīng)用最廣泛的反應(yīng)器，典型的一體式DEMON工藝就是采用SBR運(yùn)行。此外，生物膜反應(yīng)器也非常適合厭氧氨氧化工藝，在生物膜反應(yīng)器中，氧氣可以被膜外層的AOB消耗，而膜內(nèi)部形成的缺氧區(qū)域有利于AnAOB生長。配備40%?50%的載體、攪拌器和曝氣設(shè)施的MBBR目前已在德國、瑞典等國家廣泛應(yīng)用。4.3.工程應(yīng)用進(jìn)展4.3.1.國外工程應(yīng)用從20世紀(jì)90年代在荷蘭問世至今，厭氧氨氧化水處理技術(shù)不斷取得突破，實(shí)際工程應(yīng)用也在全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展。如表1所示，處理對象已由工業(yè)廢水、污泥脫水液、垃圾滲濾液等高含氮廢水發(fā)展到市政污水處理等領(lǐng)域。2002年，荷蘭鹿特丹Dokhaven市政污水處理廠采用兩段式SHARON-Anammox工藝處理該廠污泥消化液，建設(shè)了全球第一座生產(chǎn)性厭氧氨氧化反應(yīng)器。之后，瑞典馬爾默Sjlunda廢水處理廠采用ANITATM-Mox工藝處理污泥脫水液，荷蘭Apeldoorn采用DEMON工藝對厭氧消化液進(jìn)行處理，美國Alex-andria的污水處理廠等采用厭氧氨氧化作為污水處理側(cè)流工藝。表1國外厭氧氨氧化技術(shù)在不同廢水中的應(yīng)用案例TH齡象1Z變氫觸荷/?閭妹》~小笈坂41埋場，饗液81?廠(叫々及，■液-1.23184年商生鹿特夕92f1師卜河能濟(jì)化液MlIRON-Kim—wiw9.92002早內(nèi)能改玄液-(O-(M2002年裳0利w.后水姓11廠1應(yīng)B超收米點(diǎn)IKMOXtt7200)■荷:制革ra后水般it廠?叫歸9M冬*-1.02004彳色足■米斌CAXOX1.22006年他：llrqrne/??.丁?苗小tfcJf廠I叫T?康水羽化液Vw 7+(MASO)0.262010<tKMOX0.41201。年■內(nèi)?苗木ttf1廠U”1.22010年U地的中--行水廠1叫電斂竹水IKMON--行木廠1卬心被方水P、&s0.122011年用我MawlUxg后小廠他收后水tKMOX.20154恁?忖米廠他嶼水PN&Wanaaaa097-(122520”年一3H6年研究發(fā)現(xiàn)，AnAOB廣泛存在于自然界中，因此，如何將厭氧氨氧化工藝由側(cè)流工藝轉(zhuǎn)為主流脫氮工藝逐漸成為全球厭氧氨氧化技術(shù)研究發(fā)展的重點(diǎn)。奧地利Strass污水廠為厭氧氨氧化的主流工藝應(yīng)用拉開了帷幕，成為全球首個(gè)在主流工藝上實(shí)踐厭氧氨氧化的污水處理廠。該廠主體采用AB工藝(圖1),A段污泥停留時(shí)間(SRT)較短(V0.5d),以保證進(jìn)水有機(jī)物最大程度地進(jìn)入污泥消化系統(tǒng)用于產(chǎn)沼氣；B段停留時(shí)間較長，以去除大部分的氮。該廠于2004年首先在側(cè)流工藝中引入?yún)捬醢毖趸疍EMON工藝，用于處理高氮負(fù)荷的污泥消化液和脫水液，該工藝含有結(jié)合硝化和厭氧氨氧化過程的SBR,并通過控制低溶解氧和維持長SRT(30d),成功抑制了亞硝酸鹽進(jìn)一步氧化。隨后，該廠進(jìn)一步采用DEMON工藝進(jìn)行主流工藝B段升級改造，并通過將側(cè)流工藝穩(wěn)定富集的AnAOB向主流工藝補(bǔ)給，以及主流工藝系統(tǒng)中污泥顆?；男纬?，其總氮年去除率高于80%,在實(shí)現(xiàn)出水TNV5mg/L,氨氮V1.5mg/L的同時(shí)，該廠還因?qū)崿F(xiàn)完全能源自給和產(chǎn)能盈余聞名世界。

懵處理行涅何航DEMONI?ILI■余污靈水泥NN懵處理行涅何航DEMONI?ILI■余污靈水泥NN圖1奧地利Strass污水廠工藝流程圖新加坡樟宜污水處理廠實(shí)現(xiàn)了世界首例無需側(cè)流工藝接種的主流自養(yǎng)氨氧化工程。該廠處理城市污水達(dá)80萬t/d,采用分段進(jìn)水活性污泥工藝(SFAS),其工藝流程如圖2所示。ffiM 石水tv愛處ffiM 石水tv愛處H-段水I化*--祈化油圖2新加坡樟宜污水廠工藝流程圖來自初沉池的污水被均勻分配到5個(gè)缺氧/好氧池(體積比為1:1),每個(gè)缺氧池又被分為4格；缺氧、好氧區(qū)的SRT各2.5d,水力停留時(shí)間(HRT)為5.7h左右，二沉池污泥以50%回流比返回至第一個(gè)缺氧池。Cao等對該廠總氮去除途徑進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)37.5%的總氮通過自養(yǎng)脫氮途徑去除，27.1%的總氮通過傳統(tǒng)生物脫氮途徑去除，剩下的氮?jiǎng)t隨出水和污泥流出。該廠是迄今為止全球第一座穩(wěn)定運(yùn)行主流厭氧氨氧化的污水處理廠，且實(shí)現(xiàn)了在不外加碳源的條件下市政污水的高效生物脫氮，有學(xué)者認(rèn)為，樟宜污水廠的穩(wěn)定運(yùn)行得益于新加坡得天獨(dú)厚的水溫條件(28?32℃),因?yàn)闇囟葘OB、NOB和AnAOB活性有顯著影響。研究報(bào)道，隨著溫度降低至20C,AOB活性將高于NOB活性；當(dāng)水溫低于15c時(shí)，AnAOB活性出現(xiàn)明顯下降，AOB變得比AnAOB更活躍，此時(shí)，AOB生成的亞硝酸鹽和NOB、AnAOB消耗的亞硝酸鹽之間的不平衡將造成系統(tǒng)中亞硝酸鹽明顯的積累，從而對厭氧氨氧化過程造成明顯抑制。因此，關(guān)于低溫條件下的厭氧氨氧化穩(wěn)定運(yùn)行還有很大的研究空間。4.3.2.國內(nèi)工程應(yīng)用據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)有超過8座的生產(chǎn)性厭氧氨氧化污水處理廠(表2),其中，不少由荷蘭帕克公司參與設(shè)計(jì)建造。在通遼市梅花工業(yè)園區(qū)，帕克公司于2009年建了世界上最大的自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器，設(shè)計(jì)脫氮能力達(dá)1.1萬kgN/d,采用一體式的CANON工藝處理谷氨酸鈉(味精)生產(chǎn)中的廢水。此外，山東湘瑞藥業(yè)有限公司采用4300m3的厭氧氨氧化反應(yīng)器處理玉米淀粉和味精生產(chǎn)相關(guān)的廢水，設(shè)計(jì)氨氮負(fù)荷達(dá)1.42kgN/(m3?d)。山東省濱州市安琪酵母公司引進(jìn)帕克公司的厭氧氨氧化工藝技術(shù)處理高氨氮工業(yè)廢水，該項(xiàng)目是厭氧氨氧化技術(shù)在酵母廢水處理領(lǐng)域的首次工程應(yīng)用，與該公司原A0工藝相比，厭氧氨氧化反應(yīng)器在大大節(jié)省占地的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了2.0kgN/(m3?d)的高氨氮負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，這也是厭氧氨氧化反應(yīng)器目前可承受的最大污泥負(fù)荷，其工業(yè)規(guī)模遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)工藝。這些厭氧氨氧化項(xiàng)目的成功實(shí)施大大加速了厭氧氨氧化工藝在國內(nèi)污水處理中的應(yīng)用。表2國內(nèi)厭氧氨氧化工程應(yīng)用案例TW照容師"IR雙負(fù)荷/建設(shè)叼網(wǎng)臺灣公收滲施液處身坡圾漆址液384-2006年安原牌母公司河水處理(川再停針廢水$002.003009年悔化工?用色水處及IV)昧柄廿度水66001.672009年梅花T?園污水處用11期味精密產(chǎn)廢水41001202mo年山東加?用，布限公司竹內(nèi)處是玉米淀粉10球箱生產(chǎn)廢木4JOO1.422011年斯?1￡家黑工業(yè)園區(qū)污水蚣?劃M間廈東$4001.982011年湖北［堰西郵垃圾滲糠液處/網(wǎng)用城海旎液--3015年Jt京育胃內(nèi)污水處理廠行契消化箱---除引進(jìn)國外技術(shù)，國內(nèi)一些研究團(tuán)隊(duì)正積極進(jìn)行自主創(chuàng)新和技術(shù)實(shí)踐，將厭氧氨氧化污水處理技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室研究逐漸轉(zhuǎn)移到大型污水處理廠中。浙江大學(xué)厭氧氨氧化研究團(tuán)隊(duì)已成功在浙江建設(shè)了兩個(gè)生產(chǎn)性厭氧氨氧化污水處理P,分別處理義烏市的味精廢水(60m3)和浙江省東陽市的制藥廢水(10m3)。北京工業(yè)大學(xué)的彭永臻老師團(tuán)隊(duì)也展開了對基于厭氧氨氧化工藝的城市污水廠實(shí)現(xiàn)能量自給的可行性研究。隨著研究的不斷發(fā)展，2015年湖北十堰垃圾填埋場滲濾液處理廠采用兩段式工藝，將兩級UASB、厭氧氨氧化、膜生物反應(yīng)器和反滲透（MBR/RO）處理工藝相結(jié)合，設(shè)計(jì)處理量為150m3/d,COD控制在100mg/L,TN控制在40mg/L,氨氮控制在25mg/L,成為國內(nèi)第一個(gè)使用厭氧氨氧化處理垃圾滲濾液，并解決垃圾滲濾液低碳氮比問題的項(xiàng)目。除了將厭氧氨氧化技術(shù)用于工業(yè)廢水和污水處理側(cè)流工藝，我國在厭氧氨氧化主流工藝應(yīng)用上也邁出了第一步。西安市第四污水處理廠在原有缺氧/厭氧/好氧（倒置AAO）工藝上（圖3）,通過在缺氧及厭氧池投加填料并延長HRT,利用攪拌+曝氣實(shí)現(xiàn)填料流化，將工藝改造為反硝化/厭氧氨氧化工藝，該廠進(jìn)水氨氮為20.3?40.8mg/L,COD/TN為1.2?7.9,全年水溫為10.7?25.2℃。在連續(xù)運(yùn)行的近兩年時(shí)間里，出水水質(zhì)不僅成功由一級B標(biāo)準(zhǔn)提升為一級A標(biāo)準(zhǔn)，且出水總氮顯著低于其他工藝，其中，厭氧氨氧化工藝占全廠脫氮份額的15.9%左右。該廠是目前全球第3個(gè)實(shí)現(xiàn)主流厭氧氨氧化工藝的污水處理廠，且全球已有超過5座污水廠正在嘗試實(shí)踐主流厭氧氨氧化。該廠的實(shí)踐表明，盡管厭氧氨氧化主流工藝應(yīng)用仍存在一些技術(shù)難題，但仍可預(yù)見將會有更多污水處理廠將其作為主流處理工藝試驗(yàn)推廣。出水圖例 [ 污泥回流 J4 污水 ：工 污亮 ?圖3西安第四污水廠工藝流程圖4.4.主流厭氧氨氧化工藝技術(shù)難點(diǎn)盡管目前厭氧氨氧化工藝在國內(nèi)外已有不少工程應(yīng)用案例，但與側(cè)流工藝應(yīng)用不同，主流厭氧氨氧化工藝應(yīng)用中面臨著市政污水氮濃度低、有機(jī)物濃度高、冬季水溫低等技術(shù)難點(diǎn)，導(dǎo)致其在推廣和實(shí)踐上仍存在一定的局限性。下面針對主流厭氧氨氧化工藝應(yīng)用中出現(xiàn)的AnAOB生長緩慢、難富集和工藝運(yùn)行不穩(wěn)定等主要問題及其研究進(jìn)展展開論述。4.4.1.厭氧氨氧化工藝的快速啟動(dòng)目前已知AnAOB廣泛分布于海洋沉積物、油田、河口沉積物、厭氧海洋盆地、紅樹林地區(qū)、海洋冰塊、淡水湖、稻田土壤、湖港區(qū)以及海底熱泉等自然環(huán)境中。己明確命名的AnAOB有6類屬，超過23類種。此外，也有一些文獻(xiàn)相繼報(bào)道了6類屬之外一些未知的菌屬。反應(yīng)器中AnAOB的生長和富集是實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮的基本前提，然而，AnAOB屬于自養(yǎng)型微生物，在自然環(huán)境條件下，其生長速率緩慢，倍增時(shí)間較長，難以進(jìn)行快速增殖，同時(shí)，其對生長環(huán)境(如溫度、溶解氧、pH等)的要求近乎苛刻，導(dǎo)致厭氧氨氧化工藝的啟動(dòng)要比傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝慢，限制了其在污水處理中的工程應(yīng)用。在荷蘭鹿特丹的世界第一座生產(chǎn)性厭氧氨氧化污水廠中，由于AnAOB生長速度緩慢且當(dāng)時(shí)缺乏菌種污泥，原本計(jì)劃兩年啟動(dòng)反應(yīng)器，但啟動(dòng)過程中出現(xiàn)亞硝酸鹽抑制和硫化物抑制等問題，實(shí)際用了3-5年才完成啟動(dòng)工作。第一個(gè)采用DEMON工藝的奧地利Strass污水廠也花了2.5年左右才完成厭氧氨氧化啟動(dòng)。為加快啟動(dòng)時(shí)間，研究人員對不同接種種泥、不同反應(yīng)器類型、不同載體中厭氧氨氧化工藝的啟動(dòng)效果展開了大量研究。Wett等在Glarnerland污水處理廠啟動(dòng)中，通過接種現(xiàn)有厭氧氨氧化工藝種泥，將其啟動(dòng)時(shí)間縮短到50d。Christensson等為減少新反應(yīng)器的啟動(dòng)時(shí)間，采用MBBR開發(fā)了一種ANITAMox工藝，其原理是在啟動(dòng)新反應(yīng)器時(shí)，投加3%?15%已經(jīng)形成了AnAOB生物膜的載體，剩下的則加入新載體材料。為了驗(yàn)證這一工藝的可行性，2010年瑞典馬爾默的Sjlunda污水廠首次采用這種方法，在4個(gè)月內(nèi)完成了厭氧氨氧化反應(yīng)器啟動(dòng)，氨氮去除率達(dá)90%,且系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定；之后在瑞典的Sundets污水處理廠再次驗(yàn)證了這種啟動(dòng)方式的可行性，該廠在2個(gè)月內(nèi)便實(shí)現(xiàn)了滿負(fù)荷生產(chǎn)。此外，一些研究者通過將微生物固定在聚乙烯醇(PVA)-海藻酸鈉(SA)凝膠中，實(shí)現(xiàn)了上升流塔式反應(yīng)器中厭氧氨氧化工藝的快速啟動(dòng)；也有研究發(fā)現(xiàn)，AnAOB的生長嚴(yán)重依賴含鐵蛋白，鐵鹽的添加有利于促進(jìn)AnAOB的生長富集，當(dāng)添加0.09mmol的Fe2+時(shí)，厭氧氨氧化啟動(dòng)由70d縮短至50d。還有一些研究結(jié)果表明，AnAOB的最大生長速率并非受其細(xì)胞內(nèi)在特性限制，而與細(xì)胞培養(yǎng)條件有關(guān)，當(dāng)對AnAOB施加適宜的培養(yǎng)條件時(shí)，其生長速率可以顯著提高，部分AnAOB細(xì)胞倍增時(shí)間可縮短至2?5d。這些研究成果為厭氧氨氧化工藝的快速啟動(dòng)運(yùn)行和推廣奠定了理論基礎(chǔ)，但在實(shí)際應(yīng)用中，AnAOB的快速生長與污水的pH、溫度、亞硝酸鹽濃度、溶解氧、SRT、有機(jī)物濃度、鹽度等因素緊密相關(guān)。此外，污水的組成、有毒化合物的存在和反應(yīng)器的類型等因素也會影響AnAOB的活動(dòng)，并改變其群落結(jié)構(gòu)。盡管目前實(shí)驗(yàn)室已提出了一些縮短厭氧氨氧化反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間的方法，但未來仍需工程實(shí)踐來進(jìn)一步驗(yàn)證這些方法的可行性。4.4.2.AnAOB的富集AnAOB的富集方法可大致分為兩大類。一類是通過將懸浮態(tài)的活性污泥固定，形成生物膜或顆粒污泥，實(shí)現(xiàn)AnAOB的截留，由于細(xì)菌種群的緩慢生長，保持厭氧菌生物量對于厭氧氨氧化工藝的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。Jia等研究發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)器內(nèi)投加載體材料形成生物膜，或通過培養(yǎng)形成顆粒污泥的方法可有效避免AnAOB的流失。目前，已有多種載體材料被用于AnAOB的富集。Ferndndez等用沸石顆粒作為載體材料，發(fā)現(xiàn)帶負(fù)電荷的沸石能夠吸引并聚集帶正電荷的轉(zhuǎn)離子，沸石的投加可提高反應(yīng)器內(nèi)AnAOB的富集度，隨出水流失的生物質(zhì)量顯著降低。Miao等用聚乙烯海綿作載體材料處理滲濾液，發(fā)現(xiàn)基于該載體的處理工藝能實(shí)現(xiàn)很高的脫氮效率，形成的生物膜使AnAOB的基因比例從1.3%增加到13.3%。此外，由緊密的微生物聚集體組成的顆粒污泥不僅具有較高的沉降速度，而且可以避免生物量隨出水流失，形成的厭氧氨氧化顆粒污泥具有較高的沉降速度、較高的脫氮率、較低的基礎(chǔ)設(shè)施成本的顯著優(yōu)勢。為了優(yōu)化實(shí)際工程應(yīng)用效果，涌現(xiàn)出大量關(guān)于厭氧氨氧化顆粒污泥的研究。Tang等認(rèn)為，選擇合適的接種污泥，同時(shí)增加進(jìn)水氮負(fù)荷可以有效提高顆粒污泥的形成速率，從而提高反應(yīng)器的脫氮性能。但顆粒污泥的實(shí)際應(yīng)用也存在一些局限性，Chen等研究表明，這種厭氧菌顆粒浮選和后續(xù)的沖洗過程會破壞厭氧氨氧化工藝的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，顆粒污泥的尺寸大小也會影響厭氧氨氧化反應(yīng)的進(jìn)行，過大的顆粒污泥會影響基質(zhì)的擴(kuò)散和反應(yīng)速率，反而抑制了AnAOB的活性。An等研究了不同大小(0.5?1.0、1.0?1.5、＞1.5mm)的顆粒污泥的物理性質(zhì)和反應(yīng)性能，結(jié)果表明，1.0?1.5mm的顆粒污泥AnAOB活性最高，3種尺寸的顆粒污泥的氮負(fù)荷分別為0.55、0.62、0.52gN/(gVSS?d)。另一類AnAOB富集的方法是利用NOB、HB和AnAOB之間的競爭關(guān)系，保證AnAOB在體系中成為優(yōu)勢菌屬，三者之間的關(guān)系如圖4所示。目前，已發(fā)現(xiàn)可通過減少SRT、降低pH、控制曝氣時(shí)間降低DO等方法來調(diào)控NOB和HB的生長，以增加體系中AnAOB的生物量。這些方法可分為兩大途徑：（1）通過調(diào)控工況促進(jìn)AOB和AnAOB的生長活性，并通過調(diào)控NO]—N和NO]—N濃度，在降低HB的同時(shí)抑制NOB的生長；⑵從系統(tǒng)中清除NOB（NO]—N-NO]—N）和HB,同時(shí)保留AOB（NH，NfNO]—N）和AnAOB。但由于這些方法要求特殊的生長條件，如低pH值和較高水溫，或是只適用于間歇曝氣的反應(yīng)器中（嚴(yán)格控制曝氣時(shí)間），甚至可能會降低AOB活性（如較低DO）,因此，這類富集方法還不能廣泛在全規(guī)模污水廠中采用。COD,圖4脫氮關(guān)鍵功能微生物相互關(guān)系示意圖進(jìn)水有機(jī)物的濃度也會對AOB和AnAOB的生長造成顯著影響。由表3可知，厭氧氨氧化工藝適用于處理進(jìn)水C/N較低的廢水，因?yàn)樵诟哂袡C(jī)物濃度條件下，HB會與自養(yǎng)的AOB和AnAOB競爭底物（DO和NO]—N）和生存空間，不利于自養(yǎng)脫氮過程。Chen等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)水C/N從0.5:1增加到0.75:1時(shí)，硝化/厭氧氨氧化工藝的脫氮效率從79%降低到52%O但對主流厭氧氨氧化工藝的應(yīng)用來說，實(shí)際市政污水的進(jìn)水有機(jī)物含量（一般C/N為4:1?12:1）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自養(yǎng)微生物生長所需的有機(jī)物含量。因此，一些研究者提出，可在PN/厭氧氨氧化工藝之前進(jìn)行脫碳預(yù)處理（如進(jìn)行消化產(chǎn)能等），以降低進(jìn)入?yún)捬醢毖趸に囍械挠袡C(jī)物含量。但關(guān)于脫碳預(yù)處理工藝的實(shí)際應(yīng)用和控制條件等仍需要進(jìn)行實(shí)踐研究。反應(yīng)器處庠對象容積/I.倭氨比去除率UasbM垃圾滲漉液11.51833l.9S：l99.5%（氨氮）養(yǎng)晴廢水4.91070.88：185%（總氯）sbrI50)生活污水4263a4：165.6%（總氮）人工配水101850.5:195.ifasB)合成污水8-1.2：172%（總氮）注1：UMSR為上流式微需氧污泥反應(yīng)器由人5為一體式固定膜活性污泥反應(yīng)器表3厭氧氨氧化技術(shù)應(yīng)用中最佳進(jìn)水碳氮比4.4.3.厭氧氨氧化工藝的穩(wěn)定運(yùn)行

4.4.3.1.穩(wěn)定NO]—N供應(yīng)NO^-N和氨氮是厭氧氨氧化反應(yīng)的底物，由于氨氮是污水中含氮化合物的主要存在形式，因此，穩(wěn)定地為厭氧氨氧化反應(yīng)提供NO2一成為了污水自養(yǎng)脫氮工藝的關(guān)鍵。污水中NO3-N有兩個(gè)形成途徑：其一是通過將氨氮氧化為N0￡一的亞硝化過程產(chǎn)生（NH：NfNO]—N）；其二是通過將NO]還原為N02-的部分反硝化過程產(chǎn)生（NO]—N-NO]—N）。后者可同時(shí)實(shí)現(xiàn)NO]—N的去除和NO3-N的供應(yīng)，且相較于完全反硝化過程，部分反硝化過程還可減少“0等溫室氣體的排放以及減少40%左右的碳源投加量，大幅節(jié)省運(yùn)營成本。因此，作為一種綠色經(jīng)濟(jì)有效的主流脫氮工藝替代方式，基于部分反硝化/厭氧氨氧化的工藝得到了全球研究者的廣泛關(guān)注。盡管NO2一是厭氧氨氧化過程的重要底物，但過量的NO?一累積在厭氧氨氧化系統(tǒng)內(nèi)時(shí)會對AnAOB有毒害作用。不同來源的AnAOB以及不同污水處理系統(tǒng)中N0]的抑制濃度不同（表4）。此外，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)器中氨氮的存在與否也會顯著影響N0]對AnAOB的毒害作用。在氨氮存在的條件下，抑制50%的AnAOB活性需要384mg/L的NO]—N。但在無氨氮的條件下，質(zhì)量濃度為53mg/L的NO]—N就能降低AnAOB一半的活性。表3亞硝酸鹽對厭氧氨氧化性能的影響AnAOB腫泥來源 反應(yīng)寄 ?硝酸母/（呻工-'） 彩響效果菌為主的厭氧筑輒化污泥由清新400活性抻制50%（可實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器SBR81生物班否性降低50%[切UASB83MBBK反應(yīng)器血清瓶52活性抑制大于3殊（刃厭班氟氧化生物飄SBR<240無抑制（到VASB反應(yīng)器中的厭氧顆粒污泥CBF380脫氨彘顯著降低（卬從MBBK提取的生物腴撥體1.2L反應(yīng)器100活性抑制26%（川160活性抑制100%〔叫4.4.3.2.低溫運(yùn)行AnAOB的最適生長溫度為30~40℃,如何在低溫（10?16℃）條件下實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化工藝的穩(wěn)定運(yùn)行是厭氧氨氧化技術(shù)主流工藝應(yīng)用和推廣的瓶頸之一。盡管已有一些實(shí)驗(yàn)室研究報(bào)道厭氧氨氧化工藝在低溫下也可取得較好的脫氮效果，但由于AnAOB在低溫下的低活性、低生長速率，以及市政污水水溫的季節(jié)性波動(dòng)，主流工藝應(yīng)用中可能還需要延長生物膜SRT來保證反應(yīng)器內(nèi)有足夠量的AnAOB。

4.4.3.3.主流工藝應(yīng)用目前，全球范圍內(nèi)正在積極展開對主流厭氧氨氧化工藝的試點(diǎn)和工程化研究，但還沒有能長期穩(wěn)定運(yùn)行的成熟主流厭氧氨氧化技術(shù)。因此，為了推進(jìn)主流工藝應(yīng)用的進(jìn)程，一些研究者提出，可以通過將側(cè)流工藝中的優(yōu)勢微生物接種至主流工藝中，增強(qiáng)主流工藝系統(tǒng)中有益的微生物群落(如AOB和AnAOB),從而加速反應(yīng)器的啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行。此外，在線監(jiān)測和智能化控制也是保障主流厭氧氨氧化工藝穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行必須依靠在線傳感器對NH*-N、NOj—N>NO]—N、pH和DO含量的及時(shí)測定和調(diào)控。5.結(jié)語與展望盡管目前厭氧氨氧化技術(shù)的主流工藝應(yīng)用技術(shù)還不十分成熟，但經(jīng)過幾十年的發(fā)展，厭氧氨氧化技術(shù)工程應(yīng)用已遍布全球，近幾年國內(nèi)對厭氧氨氧化的研究和工程應(yīng)用也取得了很大的進(jìn)展和突破。鑒于市政污水處理廠主流工藝應(yīng)用與側(cè)流工藝應(yīng)用在水質(zhì)、水溫、處理規(guī)模等方面的差異，針對主流厭氧氨氧化工藝面臨的工藝啟動(dòng)較慢、AnAOB富集、硝酸鹽濃度控制困難、冬季水溫低等技術(shù)難點(diǎn)，現(xiàn)有研究已發(fā)現(xiàn)，可通過接種現(xiàn)有厭氧氨氧化工藝種泥、形成生物膜或顆粒污泥、調(diào)控微生物種群、組合其他工藝等方法破解以上難題。面對巨大的污水處理市場，預(yù)計(jì)我國將在不久的將來成為厭氧氨氧化技術(shù)應(yīng)用的主要市場，未來的研究在優(yōu)化操作條件和開發(fā)智能化控制系統(tǒng)的同時(shí)，還可在以下幾方面作進(jìn)一步研究。(1)一體式厭氧氨氧化工藝由于具有較低的建設(shè)和運(yùn)營成本，在實(shí)際應(yīng)用中受到歡迎，未來可針對一體式厭氧氨氧化系統(tǒng)過程控制和工藝操作參數(shù)優(yōu)化做進(jìn)一步研究，在保障穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，還應(yīng)強(qiáng)化控制“0的排放。(2)盡管實(shí)驗(yàn)室研究已經(jīng)證明厭氧氨氧化工藝適用于處理各類廢水，但在實(shí)際工程應(yīng)用中，面對污水復(fù)雜的組成成分，厭氧氨氧化工藝的成功穩(wěn)定運(yùn)行仍面臨巨大的技術(shù)難題。例如，目前尚未對抗生素、各種藥物和酚等與厭氧氨氧化系統(tǒng)的相容性進(jìn)行充分的研究，未來應(yīng)擴(kuò)大各種新興污染物對厭氧氨氧化工藝影響及機(jī)理的研究。(3)將厭氧氨氧化工藝由側(cè)流工藝轉(zhuǎn)向主流工藝應(yīng)用已經(jīng)成為全球厭氧氨氧化技術(shù)發(fā)展的趨勢，但主流工藝應(yīng)用仍面臨著啟動(dòng)緩慢、市政污水有機(jī)物濃度高、低溫與低氮條件難運(yùn)行等問題，除解決這些問題，未來還應(yīng)加強(qiáng)厭氧氨氧化工藝生物除磷效果和機(jī)理的研究。5.亞硝酸型硝化一厭氧氨氧化脫氮(SHARON—ANAMMOX)技術(shù)5.1.概述SHARON工藝可以通過控制溫度、水力停留時(shí)間、pH等條件，使氨氧化控制在亞硝化階段。目前盡管SHARON工藝以好氧/厭氧的間歇運(yùn)行方式處理富氨廢水取得了較好的效果，但由于在反硝化期需要消耗有機(jī)碳源，并且出水濃度相對較高，因此目前很多研究改為以SHARON工藝作為硝化反應(yīng)器，而ANAMMOX工藝作為反硝化反應(yīng)器進(jìn)行組合工藝的研究。通常情況下SHARON工藝可以控制部分硝化，使出水中的NH3—N與NO力匕例為1：1,從而可以作為ANAMMOX工藝的進(jìn)水，組成一個(gè)新型的生物脫氮工藝，其反應(yīng)如下式所示：0.5NH^+0.7502=0.5N02+H++0.5NHt+NO7=N2+2H2ONH^+0.7502=0.5N2+H++1.5H20SHARON-ANAMMOX的組合工藝具有耗氧量少、污泥產(chǎn)量少、不需外加碳源等優(yōu)點(diǎn)，是迄今為止最簡捷的生物脫氮工藝，具有很好的應(yīng)用前景。5.2.短程硝化-厭氧氨氧化工藝(SHARON—ANAMMOX)荷蘭Hellinga等在1998年提出了一種高溫高氨氮廢水短程硝化反硝化處理技術(shù) SHARONfSinglereactorHighactivityAmmoniumRemovalOverNitrite)工藝。該技術(shù)是將高氨氮廢水在一個(gè)完全混合式反應(yīng)器中處理，運(yùn)行溫度為35c左右，污泥停留時(shí)間SRT等于水力停留時(shí)間HRT。將亞硝酸鹽氧化菌NOB從反應(yīng)器中淘