水質(zhì)控制的重要指標(biāo)就是氮含量。在工業(yè)社會(huì)發(fā)展的前提下, 水體富氧化問(wèn)題日益加重。因此, 當(dāng)前水處理技術(shù)的研究重點(diǎn)就是對(duì)氮污染的控制與治理。傳統(tǒng)廢水處理一般是硝化-反硝化的脫氮工藝, 需要外加碳源和堿, 不但運(yùn)行費(fèi)用較高, 還可能會(huì)造成二次污染, 影響脫氮效率。
隨著科技的不斷進(jìn)步, 研究者逐漸開(kāi)始關(guān)注新型的生物脫氮技術(shù),?厭氧氨氧化?(ANAMMOX) 技術(shù)以其獨(dú)特的高效低耗的特點(diǎn)應(yīng)運(yùn)而生, 并逐漸得以開(kāi)發(fā)應(yīng)用。本文根據(jù)筆者工作實(shí)踐，對(duì)厭氧氨氧化污水處理技術(shù)及實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討。
1 厭氧氨氧化反應(yīng)機(jī)理
根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者的研究, 厭氧氨氧化指的是在厭氧的條件下, 以氨氮 (NH4N) 為電子供體, 亞硝酸氮 (NO2N) 為電子受體, 以CO2或HCO3為碳源, 通過(guò)厭氧氨氧化菌的作用, 將氨氮氧化為氮?dú)?(N2) 的過(guò)程。其中, 在厭氧氨氧化的過(guò)程中, 也產(chǎn)生了中間產(chǎn)物聯(lián)氨 (N2H4) 以及羥氨 (NH2OH) 。在厭氧氨氧化的反應(yīng)中只對(duì)CO2以及HCO3產(chǎn)生了消耗, 并沒(méi)有進(jìn)行外加碳源, 因此不但能夠有效實(shí)現(xiàn)成本的節(jié)約, 也防止了反應(yīng)中產(chǎn)生的二次污染;反應(yīng)過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生N2O, 能夠有效避免傳統(tǒng)脫氮造成的溫室氣體排放;反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)堿量為零, 無(wú)需添加中和試劑, 并較為環(huán)保。
2.影響厭氧氨氧化的主要因子
Anammox菌生長(zhǎng)相對(duì)緩慢，倍增時(shí)間為11～29d，且對(duì)周?chē)h(huán)境要求很高，周?chē)h(huán)境的波動(dòng)對(duì)Anammox效果有嚴(yán)重的影響。因此，如何選擇和控制Anammox菌影響因素，對(duì)于快速和穩(wěn)定培育Anammox菌，具有非常重要的意義。
2.1溫度對(duì)厭氧氨氧化的影響
溫度能顯著影響Anammox活性，在合適的溫度范圍內(nèi)Anammox菌才會(huì)表現(xiàn)出較好的反應(yīng)活性，提高反應(yīng)器的運(yùn)行效能。溫度在26～37°C之間變化時(shí)，氮去除速率在1.51～1.84kg/（m3?d），當(dāng)溫度低于20°C時(shí)，反應(yīng)器氮去除會(huì)快速下降，特別是當(dāng)溫度低于15°C時(shí)，反應(yīng)器氮去除速率下降至0.55kg/（m3?d），從而抑制Anammox反應(yīng)。對(duì)其進(jìn)行線(xiàn)性擬合發(fā)現(xiàn)，低于20°C時(shí)溫度與氮去除速率具有明顯的線(xiàn)性關(guān)系。
2.2pH對(duì)厭氧氨氧化的影響
在Anammox過(guò)程中，pH是一個(gè)非常重要的環(huán)境參數(shù)，它不僅能直接影響Anammox菌，還能通過(guò)影響氨和亞硝酸的有效性而間接影響反應(yīng)活性，在多項(xiàng)研究中表明，pH對(duì)Anammox活性有重要的影響。pH值和有機(jī)物對(duì)Anammox反應(yīng)器的影響顯著，在（20±1）°C下，Anammox反應(yīng)的最適pH值為6.7～8.5。當(dāng)pH值
2.3溶解氧對(duì)厭氧氨氧化的影響
Anammox菌為厭氧菌，因此，氧氣的存在極易影響Anammox菌活性。保持反應(yīng)器內(nèi)厭氧環(huán)境對(duì)Anammox反應(yīng)極為重要，不容忽視。通過(guò)改變進(jìn)水堿度、光照條件和溶解氧，發(fā)現(xiàn)水力停留時(shí)間為1.5h條件下，當(dāng)進(jìn)水DO小于3mg/L時(shí)，平均氨氮去除率和亞硝氮去除率分別為99.7%和100%，平均總氮去除負(fù)荷為1.0kg/（m3?d）。溶解氧會(huì)使Anammox活性受到抑制，在溶解氧去除后Anammox活性可以得到恢復(fù)。
2.4基質(zhì)濃度對(duì)厭氧氨氧化的影響
Anammox反應(yīng)是氨氮和亞硝酸鹽的生物反應(yīng)，一般來(lái)說(shuō)，亞硝酸鹽既是Anammox的必備物質(zhì)，同時(shí)也是Anammox的限制性基質(zhì)，甚至是毒性物質(zhì)。當(dāng)亞硝酸鹽的含量超過(guò)一定限度后，亞硝酸鹽會(huì)抑制Anammox活性，影響正常的生長(zhǎng)與代謝。
當(dāng)處理人工配水時(shí)，在中低進(jìn)水濃度下（NO2--N≤400mg/L），與改進(jìn)式連續(xù)進(jìn)水方式相比，宜采用一次性進(jìn)水方式運(yùn)行；在高進(jìn)水濃度下（NO2--N≥400mg/L）改進(jìn)式連續(xù)進(jìn)水方式比一次性進(jìn)水方式優(yōu)勢(shì)明顯。
2.5有機(jī)物對(duì)厭氧氨氧化的影響
有機(jī)物對(duì)Anammox既有促進(jìn)作用，同時(shí)也會(huì)抑制Anammox的活性。促進(jìn)作用主要是特定的有機(jī)物可作為能源被Anammox所利用，維持Anammox的生理代謝，同時(shí)也能調(diào)節(jié)碳氮比，使Anammox和反硝化耦合；抑制作用主要表現(xiàn)在有機(jī)物的存在會(huì)增強(qiáng)異樣菌的活性，使其與Anammox菌爭(zhēng)奪電子受體亞硝酸鹽。
3 厭氧氨氧化污水處理的應(yīng)用
隨著對(duì)厭氧氨氧化技術(shù)研究的不斷深入, 已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了多種污水處理的實(shí)際應(yīng)用, 如市政污泥液、生活污水、廁所水、焦化廢水、味精廢水以及垃圾滲濾液等的處理, 并逐漸在其他廢水處理領(lǐng)域得以普及和使用。
但目前對(duì)于一些制藥、養(yǎng)殖等高氨氮的工業(yè)領(lǐng)域, 應(yīng)用厭氧氨氧化技術(shù)進(jìn)行污水處理仍較少, 這也是今后需要努力的方向。以下選取幾個(gè)較為典型的厭氧氨氧化污水處理的實(shí)際應(yīng)用效果, 供參考。
(1) 污泥液廢水處理
較為典型的低碳氮比污泥液廢水有污泥消化液以及污泥壓濾液等, 溫度多30℃~37℃, p H值也多在7.0~8.5之間, 非常適宜厭氧氨氧化菌的生長(zhǎng)。國(guó)外學(xué)者對(duì)亞硝化-厭氧氨氧化技術(shù)的多次優(yōu)化研究, 在2002年就已經(jīng)形成了世界上第一套亞硝化-厭氧氨氧化組合反應(yīng)器, 并在Dokhaven污水處理廠正式投入使用。至此, 對(duì)污泥液采用厭氧氨氧化技術(shù)處理的工程逐漸在歐洲各國(guó)得以展開(kāi)。
(2) 垃圾滲濾液處理
垃圾滲濾液的特點(diǎn)是有機(jī)物濃度高、氨氮含量高、水質(zhì)變化大, 且容易含有重金屬等有毒物質(zhì), 因而是一種成分較為復(fù)雜的污水。集中的氨氮濃度一般為2000mg/L, 隨著垃圾堆放時(shí)間的增長(zhǎng)還會(huì)越來(lái)越高。有學(xué)者對(duì)廢物填埋場(chǎng)滲濾液進(jìn)行研究時(shí), 發(fā)現(xiàn)了滲濾液中厭氧氨缺失的現(xiàn)象, 才使得對(duì)其進(jìn)行厭氧氨氧化技術(shù)處理成為一種可能。
(3) 城市生活污水處理
隨著近年來(lái)我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快, 城市污水處理行業(yè)的壓力也越來(lái)越大。要增強(qiáng)污水處理的效益, 實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展, 就需要實(shí)現(xiàn)城市污水的再利用, 有效實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)回收, 這已成為當(dāng)前的污水處理研究的重要課題。
城市生活污水中含有有機(jī)碳、磷酸鹽以及氨氮等眾多能量, 正符合自養(yǎng)型的脫氮技術(shù)的處理?xiàng)l件, 因而有望實(shí)現(xiàn)污水廠的能源自給。但是對(duì)于較低水溫 (8℃~15℃) 的城市來(lái)說(shuō), 尤其是冬季, 用厭氧氨氧化工藝進(jìn)行城市污水處理仍是較大的挑戰(zhàn)。
雖然國(guó)外的相關(guān)學(xué)者 (如Lotti等)對(duì)于這方面已有了突破性研究, 對(duì)于中試 (4m, 19℃±1℃) 的階段性研究也有所進(jìn)展, 有望實(shí)現(xiàn)污水處理廠的能源自給, 但在實(shí)際技術(shù)工程應(yīng)用的過(guò)程中, 仍存在諸如低溫條件下如何提高菌性活體、如何實(shí)現(xiàn)全體擴(kuò)增等問(wèn)題, 需要在未來(lái)的研究發(fā)展中有所突破, 才能使其在處理城市污水中得以更好地運(yùn)用。
(4) 畜禽養(yǎng)殖污水處理
該類(lèi)污水的特點(diǎn)是COD濃度高、成分復(fù)雜且水質(zhì)波動(dòng)大, 還存在一定的有機(jī)氮。使用傳統(tǒng)的脫氮技術(shù)進(jìn)行畜禽養(yǎng)殖污水處理時(shí), 不僅能耗高, 還需要加補(bǔ)碳源, 脫氮效果也不理想。而現(xiàn)代的厭氧氨氧化工藝有著傳統(tǒng)技術(shù)沒(méi)有的優(yōu)勢(shì), 有望成為處理該類(lèi)廢水的備選工藝技術(shù)。
當(dāng)前在對(duì)豬場(chǎng)廢水厭氧處理的研究中, 還存在著運(yùn)行尚不穩(wěn)定的問(wèn)題, 需要進(jìn)一步優(yōu)化工藝, 找到消除影響厭氧氨氧化菌生長(zhǎng)障礙的對(duì)策, 才能發(fā)揮其在畜禽養(yǎng)殖污水處理領(lǐng)域的最佳效能。
4 結(jié)語(yǔ)
當(dāng)前階段國(guó)內(nèi)對(duì)厭氧氨氧化工程運(yùn)行的條件以及啟動(dòng)的時(shí)間等方面的研究, 相對(duì)來(lái)說(shuō)還不太夠, 需要在未來(lái)的實(shí)踐過(guò)程中進(jìn)一步研究其影響因素, 以縮短啟動(dòng)時(shí)間, 實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化污水處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用。
