厌氧氨氧化在市政污水应用(yòng)中 為(wèi)什么“行不通”？

厌氧氨氧化是公认的未来脱氮新(xīn)技术，國(guó)内外对厌氧氨氧化的研究也有(yǒu)增无减，尤其是污水占比大的市政污水，但是為(wèi)什么到目前為(wèi)止，并没有(yǒu)出现真正可(kě)以普遍适用(yòng)的厌氧的氨氧化技术，本文(wén)将简单直白的介绍一下厌氧氨氧化的应用(yòng)。

Anammox包括两个过程：一是分(fēn)解（产能(néng)）代謝(xiè)，即以氨為(wèi)電(diàn)子供體(tǐ)，亚硝酸盐為(wèi)電(diàn)子受體(tǐ)，两者以1:1的比例反应生成氮气，并把产生的能(néng)量以ATP的形式储存起来；二是合成代謝(xiè)，即以亚硝酸盐為(wèi)電(diàn)子受體(tǐ)提供还原力，利用(yòng)碳源二氧化碳以及分(fēn)解代謝(xiè)产生的ATP合成细胞物(wù)质，并在这一过程中产生硝酸盐。厌氧氨氧化菌 (Anaerobic ammonia oxidation bacteria, AnAOB) 是厌氧氨氧化的实施者。

NH4++ NO2-= N2+ 2H2O，ΔG=-358kg/mol

厌氧氨氧化的发生进程主要分(fēn)為(wèi)两大步：“第一个过程是部分(fēn)亚硝化(Partial Nitritation)，在这个过程中只有(yǒu)大约55%的氨氮需要转化為(wèi)亚硝酸盐氮;第二个过程是厌氧氨氧化(Anammox)，氨氮在厌氧条件下，被亚硝酸氮作為(wèi)電(diàn)子受體(tǐ)，氧化成氮气。因此它也被称作PN/A工艺。

在这过程中，大约89%的无机氮都将被转化产生氮气，另外11%的无机氮被转化為(wèi)硝酸盐氮，与传统硝化反硝化工艺相比，厌氧氨氧化工艺有(yǒu)着巨大的技术优势，其曝气能(néng)耗只有(yǒu)传统工艺的55-60%;该工艺几乎无需碳源，如果為(wèi)了去除硝酸盐产物(wù)需要在厌氧氨氧化过程中投加碳源，其投加量也比传统工艺中碳源投加量降低90%;厌氧氨氧化工艺可(kě)以减少45%碱度消耗量。同时，厌氧氨氧化工艺的污泥产量也遠(yuǎn)低于传统脱氮工艺，这将显著降低剩余污泥的处理(lǐ)和处置成本。

在全球范围内的厌氧氨氧化工程统计中，75%的项目是处理(lǐ)污泥消化液。消化污泥脱水液水质水量特点非常适合厌氧氨氧化工艺。正是因為(wèi)消化液上述特点，工程主要用(yòng)于污泥消化液的高温高浓度氨氮废水处理(lǐ)(35 ℃，NH4-N> 1000 mg/L)，如今工程界都将目光投到主流厌氧氨氧化上。市政污水的氨氮浓度约為(wèi)15-50mg/L，水温為(wèi)8-25℃。面对这样的条件，anammox菌的活性一般会下降。在主流污水处理(lǐ)系统中為(wèi)anammox菌创造合适的生存条件是目前需要解决的挑战，包括了anammox和AOB菌（氨氮化菌，将氨氮转化成亚硝酸盐）的富集，以及NOB菌（亚硝酸盐氧化菌，将亚硝酸盐转化成硝酸盐）的抑制等。

1、温度

微生物(wù)的代謝(xiè)活性很(hěn)大程度上受到温度的影响。前期的研究结果表明，35℃是Anammox 菌生物(wù)代謝(xiè)快，并且繁殖周期短的适温度。然而，大多(duō)数实际城市污水的水温较低（10～ 25℃），尤其是一些高纬度如我國(guó)北方地區(qū)，废水温度常低于10℃。Anammox 在这些地區(qū)的应用(yòng)效果及稳定性是一个巨大的挑战。

城市污水主流温度一般為(wèi) 10～20 ℃左右， 低于AnAOB（25～40 ℃）生長(cháng)的适宜温度， 这会影响Anammox的性能(néng)。

2、有(yǒu)机物(wù)的影响

污水中含有(yǒu)的COD 有(yǒu)助于异养反硝化菌的生長(cháng)并对Anammox 过程形成抑制，只有(yǒu)当COD被前者消耗至较低水平时Anammox 过程才有(yǒu)可(kě)能(néng)占主导。这一问题在高强度城市污水的处理(lǐ)中尤為(wèi)突出。Winkler等通过研究指出，在25℃环境下，如果原水的C/N ＜0.5，则Anammox 与异养反硝化过程可(kě)以和谐共存，不会导致脱氮效果下降。

3、短程硝化的稳定性

应用(yòng)Anammox工艺时，必须在主流条件下尽可(kě)能(néng)降低NOB活性，使亚硝酸盐累计，硝化系统处于短程硝化的状态，这是确保Anammox 过程正常进行的基础并直接关系到其处理(lǐ)效果。上述目标可(kě)以通过游离氨的控制来实现。所以，这就是為(wèi)什么厌氧氨氧化主要应用(yòng)到高氨氮废水中，因為(wèi)高氨氮废水中的游离氨可(kě)以抑制NOB，在控制条件合适的情况下使系统维持短程硝化状态。而市政污水中，短程硝化的稳定性受温度、氨氮的影响没有(yǒu)办法做到稳定运行！在 PN/A 工艺中，短程硝化段也会受到温度的影响，这是因為(wèi)AOB 在低温条件下活性会受到抑制，降低氨氮的转化率，并且AOB的活化能(néng)高于 NOB，导致 NO2-的积累不足，无法為(wèi)Anammox 反应提供足够的底物(wù)。

西安第四污水处理(lǐ)厂升级改造后的新(xīn)工艺的应用(yòng)效果在行业内受到广泛关注。首期厌氧- 缺 氧- 好氧（A-A-O）工 艺（规模為(wèi)2.5×10^5m3/d）的改造，通过向缺氧池与厌氧池投放填料，在不需要额外添加碳源的条件下，处理(lǐ)后的水體(tǐ)中TN 浓度可(kě)基本保持在10mg/L 以下，甚至可(kě)以稳定在5mg/L。通过一年多(duō)时间的运行，填料表面生物(wù)膜的颜色出现一1定变化，逐渐呈微红色（这是Anammox 菌的重要特征）。随后的跟踪研究和监测表明，在缺氧条件下实现了Anammox 反应。尽管该现象背后蕴藏的机理(lǐ)以及这一现象是否可(kě)重复的问题尚需后续研究进行论证，但这是世界范围内首1次在11 ～ 20℃的中低水温条件下于生产性规模装置内实现了Anammox 反应，具有(yǒu)重要的意义。