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1、厭氧氨氧化概述

厭氧氨氧化（Anammox），即厭氧氨氧化菌，一種自養(yǎng)型的細菌，厭氧氨氧化生物在缺氧或厭氧的環(huán)境條件下，分別將氨、亞硝酸鹽作為無機碳源固定的電子供體和厭氧氨氧化反應的受體，產生無色無味、性質穩(wěn)定的氮氣（N2）和硝酸鹽的生物過程，其化學計量學方程式為：1.32NOˉ2+0.12H++NH+4+0.066HCOˉ3→0.26NOˉ3+1.0N2+2.03H2O+0.066CH2O0.5N0.15，該方程式還囊括了分解代謝反應和合成代謝反應。

與傳統(tǒng)工藝相比，厭氧氨氧化工藝是一種比較高效、經濟的自養(yǎng)型生物脫氮工藝，不需要供氧和有機碳源，產生污泥的比率比較低，投資少，工藝成本費用較低，能夠最大限度減少氧氣量、有機碳源、運行費用和曝氣量等的消耗，轉變現(xiàn)階段我國污水處理難、能耗高、污泥量大等問題，最為關鍵的是，不會對水資源環(huán)境產生二次污染。

2、厭氧氨氧化的主要影響因子

近年來，厭氧氨氧化工藝在實際中的應用范圍和規(guī)模愈加廣泛，在亞歐十多個國家中得到廣泛的應用，并取得了較好的成效。但國內厭氧氨氧化工藝的研究相對較晚，受許多干擾因素的影響，厭氧氨氧化反應也受到影響和限制，工藝手段還有待加強，存在著一定的局限性。

2.1 溫度

溫度的高低會對酶的活性產生直接有效的影響，是影響污水細菌新陳代謝的重要影響因子。酶是微生物中的主要因素，其活性關系著微生物中的新陳代謝功能，一定程度會對厭氧氨氧化工藝的脫氮效果造成影響。有實驗研究表明，溫度的高低與厭氧氨氧化的反應效率具有顯著的影響效果，諸多學者眾說紛紜，有認為最佳溫度為30℃的、40℃的、45℃的，但經研究表明，18℃的低溫環(huán)境下都有可能啟動厭氧氨氧化反應，而當處于35~40℃的時候，厭氧氨氧化的活性最大，是最適宜發(fā)生厭氧氨氧化反應的溫度值。

2.2 PH值

在水中，pH值影響著厭氧氨氧化的效果，廢水中的硝態(tài)氮和硝基氮會在水中發(fā)生離解反應。不同學者認為厭氧氨氧化最適宜的pH值不同，有7.5~8.0、7.61、6.5~7.8等各種pH值推算結果，但根據pH值在AAOB反應器啟動條件和污泥接種差異水平展開的研究中得出，不同pH值對厭氧氨氧化的影響程度大小不盡相同，但通過綜合匯總得知，pH值在7～8左右是最適宜發(fā)生厭氧氨氧化作用的，這也是能夠為學者普遍接受的。

2.3 底物濃度及其他影響因素

硝態(tài)氮、硝基氮、氨氮和亞硝酸鹽氮等是廢水中厭氧氨氧化反應的限制性底物，有研究已經證明，這些底物對細胞的毒害作用尤為劇烈，比率的高低影響著厭氧氨氧化工藝的去氮效率，一定濃度比率有利于進行厭氧氨氧化反應，提高除氮的效果。

此外，厭氧氨氧化菌是一種典型的嚴格厭氧菌，容易受到溶解氧的影響和抑制，在0.005的氧氣飽和度下，厭氧氨氧化菌就已經全部停止了對NH3和NaNO2的轉換，作用十分顯著，這也就表明，厭氧氨氧化菌容易受到氧氣濃度的限制。

再者，溶解氧、光、高鹽度等因素也會抑制厭氧氨氧化菌的活性，限制厭氧氨氧化反應的效果，能夠使氨的祛除效率至少降低30%以上，當溶解氧的濃度大于2微摩爾每升時，就會完全抑制厭氧氨氧化菌的可逆活性。

3、厭氧氨氧化污水處理技術工藝及其應用

3.1 Sharon-Anammox聯(lián)合工藝

目前，Sharon-Anammox工藝是國內外污水處理工作中比較常用的工藝之一，與傳統(tǒng)Sharon工藝不同，該工藝分成在不同反應容器當中進行的兩個處理階段，一是亞硝化階段，通過亞硝化作用將60%左右的氨氮元素轉化成亞硝態(tài)氨；二是厭氧氨氧化階段，通過脫氮反應把亞硝態(tài)氨生成氨氣（N2）和部分硝態(tài)氮，其化學方程式為：

Sharon-Anammox聯(lián)合工藝操作步驟十分簡潔，將（1）（2）相加便可得到（3），即用Sharon工藝將廢水中的氨氮轉化成硝基氮，再用Anammox工藝通過自養(yǎng)菌將剩余的等量銨根離子和亞硝酸根離子生成氮氣，并不需要額外添加亞硝氮，生成堿性的亞硝態(tài)氨物質還可以和來自厭氧水的重碳酸鹽發(fā)生中和反應，實現(xiàn)水體及工藝的酸堿平衡。而且不同的反映容器可以給功能菌提供適宜的環(huán)境生長，降低外來物質抑制厭氧氨氧化的可能性，并且一定程度上還能減少NO和N2O的排放，降低空氣資源污染的問題。

近年來，隨著社會經濟的發(fā)展和現(xiàn)代化大城市建設進程的加快，廢水、污水的排放量有增無減，氮磷元素嚴重超出排放的標準，極大影響了河流湖泊的生態(tài)環(huán)境，傳統(tǒng)單一的污水處理工藝技術已無法滿足現(xiàn)階段發(fā)展的需求，不僅成本高，還容易對環(huán)境造成二次污染，加大目前環(huán)保的難度。Sharon-Anammox聯(lián)合工藝能夠最大限度減少污水處理過程所需的供氧量，從而整體降低了污水處理的成本和負擔，最為關鍵的是能夠避免了對水資源產生二次的污染。污水處理廠從國外先進的發(fā)達國家中引進了先進的污水處理組合反應器，能夠祛除83%以上的污泥氮含量，但受相關技術條件限制，產生的硫化物問題尚未得到妥善的解決和處理。

3.2 CANON工藝

CANON工藝，即全自養(yǎng)脫氨工藝，是亞硝化和厭氧氨氧化工藝的結合，其化學反應的方程式為：0.85O2+NH3→0.11NO3ˉ+0.44N2+1.43H2O+0.14H+。亞硝化菌是在限氧的條件下，借助共同的構筑物體，控制溶解氧的含量及污泥停留時間，借助氧氣消耗，把自養(yǎng)菌的氨氧部分轉化成亞硝態(tài)氮，給厭氧氨氧化營造環(huán)境，并與未轉成亞硝態(tài)氮的氨氧生成氮氣。整個CANON工藝的反應過程是在無機環(huán)境下進行的，并不需要進行外來碳源、有機物和pH值的控制，是現(xiàn)階段低碳氮比廢水處理中使用最為普遍的一種工藝，處理的效果比較明顯有效，是生活污水實現(xiàn)循環(huán)再利用的有效保障,在畜禽養(yǎng)殖廢水、垃圾滲濾液、污泥消化液和工廠加工中廣泛應用。WettB和SchmidM分別采用了SBR、RBC反應器處理污水，而后AbmaW對CANON工藝進行加工改造，結合SBR和RBC反應器對污水進行處理，相對于前面兩種反應器而言，CANON工藝采用的反應器應用更為成熟，處理污水的效果和規(guī)模也更好。

目前，人類的環(huán)保意識已經顯著提高，但城市的污水依舊隨著城市建設的步伐加快而不斷增多，污水處理工作顯得尤為重要。在實際的污水處理中，容易受溫度、污泥停留、氧氣含量等因素的影響及硝酸菌等菌類的干擾，加大了該工藝進行污水處理的困難。鑒于此，必須控制硝酸菌的生長、氧氣和亞硝酸鹽含量，以確保CANON工藝的運行安全，此外，還需要通過對該工藝進一步的試驗和優(yōu)化、改進，方能在生活污水處理上發(fā)揮更大的作用。

3.3 OLAND工藝

現(xiàn)階段比較新型的污水處理工藝即來自國外研發(fā)的OLAND（限氧自養(yǎng)硝化－反硝化）工藝，不用添加COD（化學需氧量）。其化學方程式可以表示為：

近年來，廢水排放的總量逐漸增加，2011年，全國廢水排放量為6172562.00萬噸，截至2015年，廢水排放總量就上升至7353226.83萬噸，五年時間，增幅19%以上，污水處理工作迫在眉睫。實際上，污水處理中，垃圾滲透液的成分組成特別復雜，氨氮、有機物、重金屬、有毒元素等物質的濃度和含量都特別高，但是有機碳源卻相對缺乏，污水的整體性能尤為糟糕。而廢水排放總量越大，堆放的時間越久，氨氮濃度就會越高，難以對垃圾滲濾液進行達標處理，加大了垃圾場滲濾液處理的難度。

現(xiàn)階段比較常用的垃圾滲透液處理工藝是硝化－厭氧氨氧化－土壤滲濾的串聯(lián)工藝，OLAND工藝與傳統(tǒng)工藝相比，前景和價值廣，可以節(jié)省至少62%的氧氣和100%的電子供體，亞硝酸菌在低含氧量的條件下，具有比較強的溶氧能力，可以大部分積累亞硝酸。該工藝就是利用亞硝酸菌和硝酸菌飽和常數的差異性，對亞硝酸菌、硝酸菌優(yōu)勝劣汰后進行厭氧氨氧化反應，從而脫除氮生成氮氣，分別為0.2～0.4毫克每升、1.2～1.5毫克每升。在一些高濃度氨和低碳氨比的行業(yè)中，局部亞硝化結合是此類行業(yè)廢水處理中最為行之有效的處理方法，例如化肥制造業(yè)、制藥行業(yè)等。廢水中50%的氨通過厭氧氨氧化反應生成亞硝酸鹽，并通過氨氧化作用形成亞硝酸鹽，能夠將總氮、氨氮和溶解氧的含量平均祛除至87%～97%左右，但是，目前還沒有相關的機制和措施能夠針對不同重金屬產生的不同抑制作用妥善緩解或者解決垃圾滲透液問題。

3.4 甲烷化與厭氧氨氧化的耦合工藝

該工藝是利用甲烷來消除化學需氧量（COD），將氮的部分氧化成二氧化氮（NO2），氨根離子（NH4+）作為電子供體，發(fā)生反硝化反應，實現(xiàn)厭氧氨氧化和甲烷化的效果。這種耦合工藝主要借助EGSB反應器（膨脹顆粒污泥床，第三代厭氧反應器），祛除化學需氧量（COD），效果十分顯著，達到97%，而二氧化氮的去除率則達到了100%，完美地實現(xiàn)甲烷化、反硝化和厭氧氨氧化的耦合。

廢水處理并不是一朝一夕就能完成的事情，不僅容易受有機氮、水質和水量的影響，溶解氧的濃度也特別高，水質的波動性較大。傳統(tǒng)的污水處理工藝在對廢水進行處理時，降噪值較低，需要提供額外的堿、有機碳源，能量消耗高，整體成本大，性能也不穩(wěn)定，處理的效果還不盡人意，極大的限制和制約了厭氧氨氧化污水處理工藝的發(fā)展和運用。甲烷化與厭氧氨氧化的耦合工藝是目前廢水處理的一項重要工藝，是經過長期的試驗研究得出來的，打破了傳統(tǒng)工藝的不足和缺陷，但是相關的研發(fā)部門還需要針對該工藝在污水處理方面的不足和缺陷加大研究力度，以有效處理污水。

4、結束語

厭氧氨氧化作為一種新型污水處理工藝，是國內外污水處理工作的重大突破，具有無可比擬的優(yōu)勢和發(fā)展空間。但受各種環(huán)境及其自身因素的局限，在實際研究應用中還存在許多問題，應對厭氧氨氧化污水處理工藝引起足夠重視，全面、系統(tǒng)的了解，并提出相應對策、措施，及時進行有效處理。