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厭氧氨氧化工藝

厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝是1990年荷蘭Delft技術(shù)大學Kluyver生物技術(shù)實驗室開發(fā)的,該工藝突破了傳統(tǒng)生物脫氮工藝中的基本理論概念。在厭氧條件下,厭氧氨氧化細菌(AnAOB)以氨為電子供體,以硝酸鹽或亞硝酸鹽為電子受體,將氨氧化成氮氣。


圖片4.png

厭氧氨氧化顆粒污泥的表觀形態(tài)

污水的厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮過程一般包括兩個階段:第一個階段是部分亞硝化(Partial Nitritation),大約一半的氨氮需要轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮;第二個階段是厭氧氨氧化(Anammox),氨氮在厭氧條件下,以亞硝酸氮為電子受體,氧化成氮氣。因此它也被稱作PN/A工藝。

總反應(yīng)式如下:

-32.jpg

目前,ANAMMOX工藝可以分為兩段式和一體式兩種,分別是指在兩個單獨的反應(yīng)器和在同一個反應(yīng)器中進行PN和ANAMMOX反應(yīng)。兩段式比較經(jīng)典的是SHARON-Anammox工藝,一體式有亞硝酸鹽完全自養(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。

在一體式系統(tǒng)中,兩個反應(yīng)階段均都在同一個反應(yīng)器中進行,氨氧化細菌 (AOB)和厭氧氨氧化細菌(AnAOB)并存,需要嚴格控制曝氣量,由于多種微生物種群共存,其反應(yīng)器啟動時間較長,易受負荷沖擊影響,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、體積負荷大、可有效避免亞硝酸鹽積聚引起的抑制作用等優(yōu)點。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)器可以獨立調(diào)節(jié)和控制,更加靈活穩(wěn)定。將自養(yǎng)脫氮的兩個反應(yīng)階段分離,不僅可以優(yōu)化富集AOB菌和AnAOB菌,而且可以通過PN段消除一些有毒有機污染物,避免有毒物質(zhì)和有機物直接進入后續(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NO2-N容易積聚,產(chǎn)生的游離亞硝酸濃度高則會抑制AOB菌、AnAOB菌活性,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)計更為復(fù)雜。

與傳統(tǒng)完全硝化-反硝化工藝相比,ANAMMOX工藝具有許多優(yōu)點:

(1)ANAMMOX工藝只需將進水中大約50%的氨氮氧化成亞硝氮。因此,在硝化過程可以減少約60%耗氧量,曝氣能耗大幅降低;

(2)ANAMMOX脫氮過程不需要任何有機物,可節(jié)省近100%的有機碳源;

(3)可以減少約20%的CO2排放;

(4)ANAMMOX細菌生長速率低,產(chǎn)泥量僅是傳統(tǒng)脫氮工藝的15%,顯著降低了污泥產(chǎn)量,從而減少污泥處置成本。

由于ANAMMOX工藝具有以上諸多優(yōu)點,因此被認為是一種綠色低碳的廢水處理方法。然而,仍存在很多問題,對環(huán)境條件非常敏感,包括溶解氧、溫度、pH值和水力負荷等;啟動時間長,容易受到進水水質(zhì)影響;理論上還會有 11%的殘留氮以硝酸鹽的形式隨出水排放,使得 TN 去除率難以進一步提高;從微生物層面看,系統(tǒng)中存在AOB、AnAOB、亞硝化細菌(NOB)、異養(yǎng)細菌(HB)之間不良競爭的關(guān)系,具體見下圖所示。

圖片5.png

Anammox、AOB、NOB 和 HB 之間的相互協(xié)助與底物競爭關(guān)系

因此,針對ANAMMOX工藝今后的研究重點在于如何實現(xiàn)AnAOB菌的富集培養(yǎng)與維持、如何實現(xiàn) NOB 的抑制與淘洗、如何避免異養(yǎng)反硝化菌的過量增殖、如何確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行的自動化控制水平等。


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