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鑒于當(dāng)前污水處置廠的開(kāi)展趨向，相似于能量虧損(energypositive)和能量中和(energyneutral)污水處置技術(shù)的開(kāi)發(fā)愈發(fā)得到水處置范疇研討人員的喜愛(ài)。相關(guān)于基于物理化學(xué)辦法的污水處置技術(shù)，生物法具有愈加環(huán)境友好、簡(jiǎn)單低價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。在廢水生物脫氮范疇，厭氧氨氧化(anaerobicammoniumoxidation，ANAMMOX)技術(shù)就是一項(xiàng)低能耗、高去除率的新型能量中和污水處置技術(shù)。厭氧氨氧化技術(shù)的提出與應(yīng)用推進(jìn)了污水處置廠由高能耗的末端處置向零能耗或產(chǎn)能單元的功用轉(zhuǎn)變。厭氧氨氧化菌以亞硝酸為電子受體氧化氨而生成氮?dú)?，從而到達(dá)對(duì)水中氮素污染去除的目的。與傳統(tǒng)的硝化-反硝化脫氮技術(shù)相比，厭氧氨氧化技術(shù)具有無(wú)需供氧，儉省能耗；無(wú)需pH調(diào)控，儉省堿性物質(zhì)的投加；自養(yǎng)脫氮，無(wú)碳源需求；污泥產(chǎn)量低等優(yōu)點(diǎn)。厭氧氨氧化技術(shù)因其高效率、低能耗的特性，在廢水生物脫氮范疇備受推崇。
本文對(duì)厭氧氨氧化過(guò)程的反響機(jī)理、菌種的生長(zhǎng)特性及品種散布停止了細(xì)致引見(jiàn)，總結(jié)了厭氧氨氧化技術(shù)在不同廢水脫氮范疇的研討及應(yīng)用狀況，指出了當(dāng)前限制其大范圍工業(yè)推行的瓶頸及在應(yīng)用過(guò)程中遇到的問(wèn)題，并給出了相應(yīng)倡議。
一、厭氧氨氧化技術(shù)
1.1厭氧氨氧化反響的提出及其機(jī)理
1977年，BRODA根據(jù)化學(xué)熱力學(xué)過(guò)程預(yù)言了厭氧氨氧化反響存在，但直到1995年MULDER等才在流化床生物脫氮反響器中發(fā)現(xiàn)了該反響。1999年，STROUS等提醒了厭氧氨氧化菌的分子構(gòu)造和生理學(xué)特性。2002年，SINNINGHEDAMSTé等剖析提醒了厭氧氨氧化菌細(xì)胞膜具有共同的梯形磷脂類化合物，并可作為厭氧氨氧化菌生物標(biāo)志。研討至今，根據(jù)厭氧氨氧化反響中間介質(zhì)的不同，主要提出了兩種厭氧氨氧化代謝途徑的反響模型，分別是以羥胺(NH2OH)和NO為中間介質(zhì)的反響模型。在整個(gè)代謝途徑中，參與的酶主要有亞硝酸鹽復(fù)原酶、羥胺氧化復(fù)原酶、聯(lián)氨水解酶、聯(lián)氨氧化酶等。在以NH2OH為介質(zhì)的反響模型中，NO2--N首先被復(fù)原為NH2OH，然后NH2OH與NH4+-N分離生成N2H4，最后N2H4被氧化生成N2，完成自養(yǎng)脫氮全過(guò)程。在以NO為介質(zhì)的反響模型中，亞硝氮首先被復(fù)原為NO，NO作為NH4+-N的電子受體生成N2H4，最后N2H4進(jìn)一步被氧化生成N2，完成脫氮全過(guò)程。
1.2厭氧氨氧化菌的特性
厭氧氨氧化菌生長(zhǎng)遲緩，生長(zhǎng)條件苛刻，極易遭到外界環(huán)境條件的影響，溫度、pH、基質(zhì)濃度、DO、有機(jī)物濃度等均會(huì)對(duì)其活性產(chǎn)生影響。在實(shí)驗(yàn)室條件下，厭氧氨氧化菌的倍增時(shí)間為11d，而在工程化應(yīng)用中其倍增時(shí)間會(huì)長(zhǎng)達(dá)28d，以至一個(gè)月以上。另外，厭氧氨氧化菌只要在高細(xì)胞濃度時(shí)才干表現(xiàn)出脫氮活性，故迄今為止仍未取得厭氧氨氧化菌的純系菌株。厭氧氨氧化反響是一種厭氧自養(yǎng)反響，整個(gè)過(guò)程中二氧化碳為微生物生長(zhǎng)所需碳源，不需求額外添加有機(jī)碳源；同時(shí)，該反響不需求曝氣，污泥產(chǎn)量低，極大地降低了基建費(fèi)用與運(yùn)轉(zhuǎn)本錢。鑒于厭氧氨氧化反響的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，近些年以厭氧氨氧化技術(shù)為中心的生物脫氮工藝得到迅猛開(kāi)展，如SHARON(短程硝化反硝化，shortcutnitrification-denitrification)-ANAMMOX工藝、CANON(亞硝酸鹽完整自養(yǎng)脫氮，completelyautotrophicnitrogenremovalovernitrite)工藝和SNAD(同步顆粒硝化、厭氧氨氧化和反硝化，simultaneousparticialnitrification，anammoxanddenitrification)工藝等。
1.3厭氧氨氧化菌的品種
厭氧氨氧化菌是一種化能自養(yǎng)型細(xì)菌，屬于革蘭氏陰性菌。海洋、湖泊和河流中50%以上的氮素循環(huán)是由厭氧氨氧化菌完成。依據(jù)16SrRNA同源性可將厭氧氨氧化菌歸入浮霉菌綱(Planctomycetia)。以16SrRNA序列差別15%為規(guī)范，浮霉菌綱可分為浮霉菌目(Planctomycetales)和厭氧氨氧化菌目(Brocadiaceae)。以16SrRNA序列差別5%為規(guī)范，厭氧氨氧化菌目前共分為6個(gè)屬，分別為Anammoxoglobus，Anammoximicrobium，Brocadia，Jettenia，Kuenenia和Scalindua，詳見(jiàn)表1。厭氧氨氧化菌細(xì)胞內(nèi)含有大量的細(xì)胞色素c，細(xì)胞色素c有利于酶的合成及電子傳送，其含量也可表征厭氧氨氧化菌的活性，因而普通活性較高的厭氧氨氧化菌呈現(xiàn)紅棕色。
二、厭氧氨氧化技術(shù)在廢水脫氮范疇的應(yīng)用
世界上第一座工業(yè)范圍的厭氧氨氧化反響器于2002年在荷蘭鹿特丹市建成，創(chuàng)始了厭氧氨氧化技術(shù)在廢水脫氮范疇?wèi)?yīng)用的先河。到2014為止，全世界相繼樹(shù)立了100多座厭氧氨氧化污水處置廠。厭氧氨氧化技術(shù)在含氮廢水處置范疇的應(yīng)用前景寬廣，特別在氨氮濃度高且碳源明顯缺乏的工業(yè)廢水處理方面極具潛力。
2.1污泥消化液處置
世界上第一座厭氧氨氧化工業(yè)設(shè)備以污泥消化液為進(jìn)水，設(shè)備有效容積70m3，采用升流式厭氧污泥床(UASB)的設(shè)計(jì)方式，啟動(dòng)歷時(shí)3.5a，脫氮負(fù)荷可達(dá)7.1kg/(m3•d)，該設(shè)備的勝利運(yùn)轉(zhuǎn)為厭氧氨氧化技術(shù)在廢水生物脫氮范疇的推行與應(yīng)用奠定了根底。呂鑑等以好氧顆粒污泥、厭氧顆粒污泥、氧化溝活性污泥和短程硝化活性污泥組成的混合污泥為種泥在UASB反響器中勝利啟動(dòng)厭氧氨氧化過(guò)程，應(yīng)用短程硝化-厭氧氨氧化結(jié)合工藝完成了對(duì)污泥消化液的有效處置，最終總氮去除負(fù)荷為1.03kg/(m3•d)，總氮去除率到達(dá)70%。薛源等應(yīng)用前置厭氧氨氧化-亞硝化反響器對(duì)污泥消化液和城市污水的混合液停止處置，總氮去除負(fù)荷達(dá)0.40kg/(m3•d)。黃方玉等研討了自養(yǎng)型同步脫氮工藝在不同溫度下處置豬場(chǎng)廢水厭氧消化液的性能差別，實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明，在30℃條件下反響器脫氮性能最佳，總氮脫除負(fù)荷可達(dá)2.29kg/(m3•d)。查正太等應(yīng)用厭氧氨氧化協(xié)同反硝化工藝，在污泥消化液碳氮比為1.5、pH=8.0的條件下取得了最佳脫氮效果。楊延棟等經(jīng)過(guò)短程硝化污泥接種和厭氧氨氧化生物膜填料啟動(dòng)了短程硝化-厭氧氨氧化反響器，最終出水COD、氨氮和總氮的去除率分別為66.8%、99.0%和94.4%，總氮去除負(fù)荷為0.27kg/(m3•d)。王剛在挪動(dòng)床生物膜反響器(MBBR)中應(yīng)用硝化污泥和少量厭氧氨氧化污泥作為種泥，勝利啟動(dòng)了厭氧氨氧化過(guò)程，污泥消化液處置量可達(dá)400m3/d，出水總氮質(zhì)量濃度低于300mg/L，總氮去除率達(dá)70%。
綜上可知，厭氧氨氧化技術(shù)是當(dāng)前完成污泥消化液高效、低耗脫氮的主要技術(shù)手腕。在多種工藝方式下，厭氧氨氧化技術(shù)對(duì)污泥消化液均能獲得較好的脫氮效果。
2.2渣滓滲濾液
渣滓滲濾液高COD、高氨氮、成分復(fù)雜的特性使其成尷尬處置的廢水之一，其生化處置單元普通包括除COD和脫氮兩個(gè)局部。由于其氨氮含量高，傳統(tǒng)的硝化-反硝化工藝處置本錢昂揚(yáng)，因而近些年厭氧氨氧化技術(shù)成為渣滓滲濾液脫氮處置的首選。
李蕓等在UASB生物膜中啟動(dòng)了厭氧氨氧化過(guò)程，處置晚期渣滓滲濾液，氨氮、亞硝氮和硝氮的均勻去除率分別可達(dá)96%、95%和87%，系統(tǒng)中厭氧氨氧化顆粒污泥的厭氧氨氧化活性良好。徐曉晨等在MBBR中啟動(dòng)了SNAD工藝，控制溫度為33~35℃、DO為0.03~0.10mg/L、pH為7.5~8.0、HRT為12h，當(dāng)進(jìn)水總氮負(fù)荷為0.9kg/(m3•d)時(shí)，系統(tǒng)對(duì)渣滓滲濾液的總氮去除率達(dá)88%。梁俊宇應(yīng)用短程硝化—厭氧氨氧化結(jié)合工藝完成了對(duì)渣滓滲濾液總氮的有效處置，系統(tǒng)的總氮去除負(fù)荷可達(dá)3.8kg/(m3•d)，厭氧氨氧化反響器中菌種Candidatuskuenenia的豐度可達(dá)49.66%。黃奕亮研討了渣滓滲濾液處置過(guò)程中重金屬對(duì)厭氧氨氧化菌的抑止作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明，當(dāng)重金屬離子到達(dá)一定濃度后，厭氧氨氧化菌的活性降低，并有局部菌體失活，且重金屬品種越多，活性抑止越激烈，恢復(fù)難度也越大。王凡等在短程硝化—厭氧氨氧化組合工藝前添加了反硝化系統(tǒng)，勝利處理了渣滓滲濾液中有機(jī)碳關(guān)于后續(xù)脫氮過(guò)程的影響問(wèn)題，在進(jìn)水氨氮和COD均高達(dá)1100mg/L的狀況下，系統(tǒng)仍可穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，總氮去除負(fù)荷達(dá)1.37kg/(m3•d)。彭永臻等研討了回流比對(duì)短程硝化—厭氧氨氧化組合工藝處置渣滓滲濾液的影響，當(dāng)回流比為300%時(shí)，應(yīng)用游離氨(FA)與游離亞硝酸(FNA)的結(jié)合抑止作用能夠完成較好的短程硝化效果，厭氧氨氧化系統(tǒng)的總氮去除負(fù)荷達(dá)1.04kg/(m3•d)。彭荷衢等探求了短程硝化反硝化—厭氧氨氧化—硫自養(yǎng)反硝化組合工藝對(duì)渣滓滲濾液的處置效果，厭氧氨氧化過(guò)程出水總氮去除率可達(dá)93.1%，出水總氮質(zhì)量濃度為176.3mg/L，應(yīng)用硫自養(yǎng)反響器處置后可完成出水總氮質(zhì)量濃度低于15mg/L，兩級(jí)自養(yǎng)脫氮工藝完成了對(duì)渣滓滲濾液總氮的有效處置。WANG等應(yīng)用SNAD工藝完成了對(duì)渣滓滲濾液的有效處置，每天的處置量約為304m3，污泥停留時(shí)間在12~18d，進(jìn)水COD和NH4+-N的質(zhì)量濃度分別為554mg/L和634mg/L，出水COD和NH4+-N的去除率分別為28%和80%。
經(jīng)過(guò)以上研討能夠看出，厭氧氨氧化技術(shù)在渣滓滲濾液脫氮范疇的應(yīng)用研討已較為成熟，其主要工藝為短程硝化與厭氧氨氧化耦合的方式，后續(xù)應(yīng)鼎力推進(jìn)厭氧氨氧化技術(shù)在渣滓滲濾液脫氮范疇的工業(yè)化應(yīng)用。
2.3城市生活污水
城市生活污水與工業(yè)污水相比，其污染物濃度低且水質(zhì)水量相對(duì)穩(wěn)定，傳統(tǒng)的A/O工藝曾經(jīng)能夠?qū)ζ渫瓿蛇_(dá)標(biāo)處置。但隨著近幾年國(guó)度對(duì)污水處置節(jié)能降耗的鼎力倡導(dǎo)，傳統(tǒng)的A/O工藝無(wú)法滿足請(qǐng)求。當(dāng)前傳統(tǒng)污水處置廠的運(yùn)轉(zhuǎn)本錢主要集中在脫氮單元的曝氣能耗、有機(jī)碳源投加和堿度藥劑投加。為了到達(dá)節(jié)能降耗的目的，急需開(kāi)發(fā)低本錢生物脫氮技術(shù)。思索到厭氧氨氧化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，厭氧氨氧化技術(shù)在城市生活污水處置范疇的應(yīng)用研討遭到關(guān)注。
李田等應(yīng)用厭氧折流板反響器(ABR)對(duì)城市生活污水停止脫碳預(yù)處置，然后進(jìn)入亞硝化耦合厭氧氨氧化設(shè)備停止脫氮，最終ABR—短程硝化—厭氧氨氧化一體化設(shè)備的出水總氮去除率在86%~92%，出水COD在20~40mg/L，該工藝的關(guān)鍵點(diǎn)在于為厭氧氨氧化反響器提供適宜的進(jìn)水。同樣地，吳鵬等應(yīng)用ABR—短程硝化—厭氧氨氧化工藝對(duì)城市生活污水處置后，完成了出水總氮質(zhì)量濃度低于10.0mg/L的處置目的，厭氧氨氧化系統(tǒng)的總氮去除負(fù)荷為0.36kg/(m3•d)。曹懷禮應(yīng)用強(qiáng)化一級(jí)處置耦合局部亞硝化—厭氧氨氧化工藝完成了對(duì)城市污水中碳、氮、磷的有效去除，經(jīng)過(guò)化學(xué)生物一級(jí)強(qiáng)化處置后COD、氨氮、總磷的均勻去除率分別到達(dá)53%、40%和85%，由于前端投加硫酸亞鐵藥劑，Fe2+促進(jìn)了后續(xù)局部亞硝化—厭氧氨氧化過(guò)程的脫氮才能，最終出水總氮去除率達(dá)90%以上。楊嵐等經(jīng)過(guò)向城市污水廠后置反硝化SBR系統(tǒng)中投加生物填料，完成了對(duì)厭氧氨氧化菌的富集，厭氧氨氧化菌對(duì)污水總氮的脫除有著不可無(wú)視的作用。張?jiān)姺f等在ABR中完成了厭氧氨氧化與反硝化過(guò)程協(xié)同對(duì)生活污水的有效處置，結(jié)果標(biāo)明，當(dāng)碳氮比為1.0時(shí)，出水總氮去除率最高，到達(dá)93%，此條件下厭氧氨氧化菌與反硝化菌完成了協(xié)同高效脫氮。
綜合以上研討結(jié)果能夠看出，厭氧氨氧化技術(shù)在低氨氮廢水處置范疇具有較寬廣的應(yīng)用前景，控制好進(jìn)入?yún)捬醢毖趸到y(tǒng)的有機(jī)碳源量和構(gòu)成穩(wěn)定的亞硝化過(guò)程是厭氧氨氧化技術(shù)在低氨氮廢水處置范疇的應(yīng)用關(guān)鍵。
2.4其他廢水
厭氧氨氧化技術(shù)除了在以上3種廢水的處置中具有普遍的應(yīng)用外，也被應(yīng)用于其他廢水處置范疇。
任雪松研討了局部亞硝化—厭氧氨氧化工藝對(duì)酚氨廢水的處置效能及其調(diào)控手腕，實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明：厭氧氨氧化菌對(duì)苯酚毒性的耐受水平要高于好氧氨氧化細(xì)菌(AOB)和亞硝酸氮氧化細(xì)菌(NOB);當(dāng)進(jìn)水酚氮質(zhì)量比高于1.5時(shí)短程硝化菌的活性遭到明顯抑止，而進(jìn)水酚氮質(zhì)量比控制在0.5左右時(shí)利于短程硝化菌的生長(zhǎng)，總氮去除效果最好;Candidatuskuenenia和Candidatusbrocadia是酚氨廢水脫氮處置過(guò)程中的主要厭氧氨氧化菌種。馮興會(huì)等應(yīng)用短程硝化耦合厭氧氨氧化工藝完成了對(duì)氧化鐵紅廢水的有效處置，在沸石曝氣生物濾池中勝利啟動(dòng)了亞硝化過(guò)程，亞硝氮產(chǎn)量為0.67kg/(m3•d)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明，在短程硝化過(guò)程的堿度補(bǔ)充方面碳酸鈉比碳酸氫鈉效果好，且費(fèi)用低，厭氧氨氧化過(guò)程出水總氮去除率穩(wěn)定在70%以上。林皓應(yīng)用SBR—UASB組合的工藝方式完成了對(duì)合成革廢水的脫氮處置，經(jīng)厭氧濾池脫碳的合成革廢水進(jìn)入SBR停止短程硝化后出水進(jìn)入UASB反響器停止厭氧氨氧化脫氮，最終出水氨氮質(zhì)量濃度約15mg/L?？偟獫舛燃s55mg/L，出水COD小于40mg/L，總氮去除率穩(wěn)定在85%左右，總氮去除負(fù)荷為0.41~0.60kg/(m3•d)。張賀凱等在厭氧序批式反響器(ASBR)中啟動(dòng)了厭氧氨氧化過(guò)程，對(duì)經(jīng)芬頓工藝處置后的腈綸廢水停止深度處置，出水氨氮和COD的去除率分別達(dá)95%和85%。何占飛等在ASBR中以好氧硝化污泥為種泥、以經(jīng)稀釋的養(yǎng)豬場(chǎng)廢水為進(jìn)水勝利啟動(dòng)了厭氧氨氧化過(guò)程，歷時(shí)125d，反響器出水總氮去除率達(dá)90%以上。DAVEREY等在SBR中應(yīng)用SAND工藝完成了對(duì)光電廢水的脫氮處置，SBR的運(yùn)轉(zhuǎn)分為6個(gè)階段，進(jìn)水COD和氨氮質(zhì)量濃度分別為100mg/L和567mg/L，運(yùn)轉(zhuǎn)8個(gè)月后COD去除負(fù)荷為0.028kg/(m3•d)，氨氮去除負(fù)荷為0.197kg/(m3•d)。
綜上能夠看出，厭氧氨氧化技術(shù)已被用于各種含氮廢水的處置中，且獲得了很好的脫氮效果。估計(jì)將來(lái)厭氧氨氧化技術(shù)在廢水生物脫氮范疇將取代傳統(tǒng)硝化-反硝化脫氮工藝，成為主流工藝。
三、厭氧氨氧化技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用瓶頸
厭氧氨氧化工藝很好地處理了含氮廢水的脫氮難題，且處置過(guò)程能耗低、運(yùn)轉(zhuǎn)本錢低，到達(dá)了節(jié)能降耗的目的。即便是高碳氮比的廢水，經(jīng)過(guò)與其他工藝的組合仍然能夠完成高效率、低本錢脫氮。目前，世界上固然已有厭氧氨氧化工業(yè)范圍反響器在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，但厭氧氨氧化的工業(yè)化進(jìn)程非常遲緩，特別在我國(guó)，種泥缺乏成為限制厭氧氨氧化技術(shù)大范圍推行的主要瓶頸。厭氧氨氧化菌細(xì)胞增殖慢，倍增時(shí)間長(zhǎng)，且對(duì)環(huán)境條件敏感，這招致厭氧氨氧化菌的富集培育較為艱難。目前，國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室小試范圍的厭氧氨氧化菌富集培育研討曾經(jīng)較為成熟，經(jīng)過(guò)選擇適宜的富集培育設(shè)備及辦法、優(yōu)化操作條件并采取強(qiáng)化措施等，可取得高活性和高密度的厭氧氨氧化菌培育物。但是，關(guān)于工業(yè)設(shè)備中厭氧氨氧化菌的馴化培育不斷未能獲得本質(zhì)性的停頓。因而，厭氧氨氧化菌的快速增殖和工業(yè)級(jí)設(shè)備厭氧氨氧化菌的富集培育將成為該技術(shù)接下來(lái)的重點(diǎn)研討問(wèn)題。關(guān)于厭氧氨氧化種泥缺乏問(wèn)題，能夠從以下幾個(gè)方面來(lái)處理：1)研討可以有效富集厭氧氨氧化菌的設(shè)備和工藝條件;2)研討厭氧氨氧化菌的代謝途徑及其代謝酶的性質(zhì)，以期找到促進(jìn)菌種快速增殖的辦法;3)研討適宜的生物促進(jìn)劑，促進(jìn)厭氧氨氧化菌的快速生長(zhǎng)。
四、結(jié)語(yǔ)
厭氧氨氧化技術(shù)在脫氮范疇的應(yīng)用并不是獨(dú)立的，而是與其他工藝組合應(yīng)用，特別是短程硝化技術(shù)，該技術(shù)是厭氧氨氧化脫氮的有力保證。因而，短程硝化過(guò)程的穩(wěn)定控制也是廢水生物脫氮范疇的研討重點(diǎn)之一。關(guān)于高碳氮比的廢水，前端的除碳預(yù)處置工藝的研討與開(kāi)發(fā)也非常重要，該階段的處置效果關(guān)系到后續(xù)厭氧氨氧化脫氮工藝能否勝利運(yùn)轉(zhuǎn)。目前，厭氧氨氧化技術(shù)已被應(yīng)用于多種廢水的脫氮，且處置效果很好。厭氧氨氧化技術(shù)的提出推翻了傳統(tǒng)的高能耗脫氮技術(shù)，成為可使污水處置廠從高能耗轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍芎囊灾亮隳芎牡闹行募夹g(shù)，也是完成污水資源化處置的重要保證。
