华体会,王胤：主流厌氧氨氧化工艺的研究与应用进展 生物脱氮技术被广泛用于废水中氮的去除，在传统生物脱氮技术中，氨氮首先被严格好氧的氨氧化细菌（ammonia-oxidizingbacteria，AOB）和亚

表 2 国内厌氧氨氧化项目利用案例

除引进国外手艺，国内一些研究团队正积极进行自立立异和手艺实践，将厌氧氨氧化污水处置手艺的尝试室研究逐步转移到年夜型污水处置厂中。浙江年夜学厌氧氨氧化研究团队已成功在浙江扶植了两个出产性厌氧氨氧化污水处置厂，别离处置义乌市的味精废水（60m3）和浙江省东阳市的制药废水（10m3）。北京工业年夜学的彭永臻教员团队也睁开了对基在厌氧氨氧化工艺的城市污水厂实现能量自给的可行性研究。跟着研究的不竭成长，2015年湖北十堰垃圾填埋场渗滤液处置厂采取两段式工艺，将两级UASB、厌氧氨氧化、膜生物反映器和反渗入（MBR/RO）处置工艺相连系，设想处置量为150m3/d，COD节制在100mg/L，TN节制在40mg/L，氨氮节制在25mg/L，成为国内第一个利用厌氧氨氧化处置垃圾渗滤液，并处理垃圾渗滤液低碳氮比问题的项目。

除将厌氧氨氧化手艺用在工业废水和污水处置侧流工艺，我国在厌氧氨氧化支流工艺利用上也迈出了第一步。西安市第四污水处置厂在原出缺氧/厌氧/好氧（颠倒AAO）工艺上（图3），经由过程在缺氧和厌氧池投加填料并耽误HRT，操纵搅拌+曝气实现填料流化，将工艺革新为反硝化/厌氧氨氧化工艺，该厂进水氨氮为20.3~40.8mg/L，COD/TN为1.2~7.9，全年水温为10.7~25.2℃。在持续运转的近两年时候里，出水水质不但成功由一级B尺度晋升为一级A尺度，且出水总氮显著低在其他工艺，此中，厌氧氨氧化工艺占全厂脱氮份额的15.9%摆布。该厂是今朝全球第3个实现支流厌氧氨氧化工艺的污水处置厂，且全球已有跨越5座污水厂正在测验考试实践支流厌氧氨氧化。该厂的实践注解，虽然厌氧氨氧化支流工艺利用仍具有一些手艺困难，但仍可预感将会有更多污水处置厂将其作为支流处置工艺实验推行。

图 3 西安第四污水厂工艺流程图

3、支流厌氧氨氧化工艺手艺难点

虽然今朝厌氧氨氧化工艺在国表里已有很多项目利用案例，但与侧流工艺利用分歧，支流厌氧氨氧化工艺利用中面对着市政污水氮浓度低、无机物浓度高、冬季水温低等手艺难点，致使其在推行和实践上仍具有必然的局限性。下面针对支流厌氧氨氧化工艺利用中呈现的AnAOB发展迟缓、难富集和工艺运转不不变等首要问题和其研究进展睁开阐述。

3. 1 厌氧氨氧化工艺的快速启动

今朝已知AnAOB普遍散布在海洋堆积物、油田、河口堆积物、厌氧海洋盆地、红树林地域、海洋冰块、淡水湖、稻田泥土、湖港区和海底热泉等天然情况中。已明白定名的AnAOB有6类属，跨越23类种。另外，也有一些文献接踵报导了6类属以外一些未知的菌属。

反映器中AnAOB的发展和富集是实现厌氧氨氧化自养脱氮的根基条件，但是，AnAOB属在自养型微生物，在天然情况前提下，其发展速度迟缓，倍增时候较长，难以进行快速增殖，同时，其对发展情况（如温度、消融氧、pH等）的要求近乎刻薄，致使厌氧氨氧化工艺的启动要比保守的硝化反硝化工艺慢，限制了其在污水处置中的项目利用。在荷兰鹿特丹的世界第一座出产性厌氧氨氧化污水厂中，因为AnAOB发展速度迟缓且那时缺少菌种污泥，本来打算两年启动反映器，但启动进程中呈现亚硝酸盐按捺和硫化物按捺等问题，现实用了3~5年才完成启开工作。第一个采取DEMON工艺的奥地利Strass污水厂也花了2.5年摆布才完成厌氧氨氧化启动。为加速启动时候，研究人员对分歧接各种泥、分歧反映器类型、分歧载体中厌氧氨氧化工艺的启动结果睁开了年夜量研究。Wett等在Glarnerland污水处置厂启动中，经由过程接种现有厌氧氨氧化工艺种泥，将其启动时候缩短到50d。Christensson等为削减新反映器的启动时候，采取MBBR开辟了一种ANITAMox工艺，其道理是在启动新反映器时，投加3%~15%已构成了AnAOB生物膜的载体，剩下的则插手新载体材料。为了验证这一工艺的可行性，2010年瑞典马尔默的Sjlunda污水厂初次采取这类方式，在4个月内完成了厌氧氨氧化反映器启动，氨氮去除率达90%，且系统运转很是不变；以后在瑞典的Sundets污水处置厂再次验证了这类启动体例的可行性，该厂在2个月内便实现了满负荷出产。另外，一些研究者经由过程将微生物固定在聚乙烯醇（PVA）-海藻酸钠（SA）凝胶中，实现了上升流塔式反映器中厌氧氨氧化工艺的快速启动；也有研究发觉，AnAOB的发展严峻依靠含铁卵白，铁盐的添加有益在增进AnAOB的发展富集，当添加0.09mmol的Fe2+时，厌氧氨氧化启动由70d缩短至50d。还一些研究成果注解，AnAOB的最年夜发展速度并不是受其细胞内涵特征限制，而与细胞培育前提相关，当对AnAOB施加适合的培育前提时，其发展速度能够显著提高，部门AnAOB细胞倍增时候可缩短至2~5d。这些研究功效为厌氧氨氧化工艺的快速启动运转和推行奠基了理论根本，但在现实利用中，AnAOB的快速发展与污水的pH、温度、亚硝酸盐浓度、消融氧、SRT、无机物浓度、盐度等身分慎密相干。另外，污水的构成、有毒化合物的具有和反映器的类型等身分也会影响AnAOB的勾当，并改变其群落布局。虽然今朝尝试室已提出了一些缩短厌氧氨氧化反映器启动时候的方式，但将来仍需项目实践来进一步验证这些方式的可行性。

3. 2 AnAOB 的富集

AnAOB的富集方式可年夜致分为两年夜类。一类是经由过程将悬浮态的活性污泥固定，构成生物膜或颗粒污泥，实现AnAOB的截留，因为细菌种群的迟缓发展，连结厌氧菌生物量对厌氧氨氧化工艺的不变运转相当主要。Jia等研究发觉，在反映器内投加载体材料构成生物膜，或经由过程培育构成颗粒污泥的方式可有用避免AnAOB的流掉。今朝，已有多种载体材料被用在AnAOB的富集。Fernández等用沸石颗粒作为载体材料，发觉带负电荷的沸石可以或许吸引并堆积带正电荷的铵离子，沸石的投加可提高反映器内AnAOB的富集度，随出水流掉的生物资量显著下降。Miao等用聚乙烯海绵作载体材料处置渗滤液，发觉基在该载体的处置工艺能实现很高的脱氮效力，构成的生物膜使AnAOB的基因比例从1.3%增添到13.3%。另外，由慎密的微生物堆积体构成的颗粒污泥不但具有较高的沉降速度，并且能够避免生物量随出水流掉，构成的厌氧氨氧化颗粒污泥具有较高的沉降速度、较高的脱氮率、较低的根本举措措施本钱的显著劣势。为了优化现实项目利用结果，出现出年夜量关在厌氧氨氧化颗粒污泥的研究。Tang等认为，选择适合的接种污泥，同时增添进水氮负荷能够有用提高颗粒污泥的构成速度，从而提高反映器的脱氮机能。但颗粒污泥的现实利用也具有一些局限性，Chen等研究注解，这类厌氧菌颗粒浮选和后续的冲刷进程会粉碎厌氧氨氧化工艺的不变运转。另外，颗粒污泥的尺寸巨细也会影响厌氧氨氧化反映的进行，过年夜的颗粒污泥会影响基质的分散和反映速度，反而按捺了AnAOB的活性。An等研究了分歧巨细（0.5~1.0、1.0~1.5、>1.5mm）的颗粒污泥的物理性质和反映机能，成果注解，1.0~1.5mm的颗粒污泥AnAOB活性最高，3种尺寸的颗粒污泥的氮负荷别离为0.55、0.62、0.52gN/(gVSS·d)。

另外一类AnAOB富集的方式是操纵NOB、HB和AnAOB之间的合作关系，包管AnAOB在系统中成为劣势菌属，三者之间的关系如图4所示。今朝，已发觉可经由过程削减SRT、下降pH、节制曝气时候下降DO等方式来调控NOB和HB的发展，以增添系统中AnAOB的生物量。这些方式可分为两年夜路子：（1）经由过程调控工况增进AOB和AnAOB的发展活性，并经由过程调控NO2－-N和NO3－-N浓度，在下降HB的同时按捺NOB的发展；（2）从系统中断根NOB（NO2－-N→NO3－-N）和HB，同时保存AOB（NH4+-N→NO2－-N）和AnAOB。但因为这些方式要求非凡的发展前提，如低pH值和较高水温，或是只合用在间歇曝气的反映器�����APP中（严酷节制曝气时候），乃至可能会下降AOB活性（如较低DO），是以，这类富集方式还不克不及普遍在全范围污水厂中采取。

图 4 脱氮要害功能微生物彼此关系示企图

进水无机物的浓度也会对AOB和AnAOB的发展形成显著影响。由表3可知，厌氧氨氧化工艺合用在处置进水C/N较低的废水，由于在高无机物浓度前提下，HB会与自养的AOB和AnAOB合作底物（DO和NO2－-N）和保存空间，晦气在自养脱氮进程。Chen等发觉，当进水C/N从0.5:1增添到0.75:1时，硝化/厌氧氨氧化工艺的脱氮效力从79%下降到52%。但对支流厌氧氨氧化工艺的利用来讲，现实市政污水的进水无机物含量（一般C/N为4:1~12:1）远远高在自养微生物发展所需的无机物含量。是以，一些研究者提出，可在PN/厌氧氨氧化工艺之进步行脱碳预处置（如进行消化产能等），以下降进入厌氧氨氧化工艺中的无机物含量。但关在脱碳预处置工艺的现实利用和节制前提等仍需要进行实践研究。

注:UMSR 为上流式微需氧污泥反映器IFAS 为一体式固定膜活性污泥反映器 表3 厌氧氨氧化手艺利用中最好进水碳氮比

3. 3 厌氧氨氧化工艺的不变运转

3. 3. 1 不变NO2－-N供给

NO2－-N和氨氮是厌氧氨氧化反映的底物，因为氨氮是污水中含氮化合物的首要具有情势，是以，不变地为厌氧氨氧化反映供给NO2－成了污水自养脱氮工艺的要害。污水中NO2－-N有两个构成路子：其一是经由过程将氨氮氧化为NO2－的亚硝化进程发生（NH4+-N→NO2－-N）；其二是经由过程将NO3－还原为NO2－的部门反硝化进程发生（NO3－-N→NO2－-N）。后者可同时实现NO3－-N的去除和NO2－-N的供给，且相较在完全反硝化进程，部门反硝化进程还可削减N2O等温室气体的排放和削减40%摆布的碳源投加量，年夜幅节流运营本钱。是以，作为一种绿色经济有用的支流脱氮工艺替换体例，基在部门反硝化/厌氧氨氧化的工艺获得了全球研究者的普遍存眷。

虽然NO2－是厌氧氨氧化进程的主要底物，但过量的NO2－积累在厌氧氨氧化系统内时会对AnAOB有迫害感化。分歧来历的AnAOB和分歧污水处置系统中NO2－的按捺浓度分歧（表4）。另外，实验发觉，反映器中氨氮的具有与否也会显著影响NO2－对AnAOB的迫害感化。在氨氮具有的前提下，按捺50%的AnAOB活性需要384mg/L的NO2－-N。但在无氨氮的前提下，质量浓度为53mg/L的NO2－-N就可以下降AnAOB一半的活性。

表 4 亚硝酸盐对厌氧氨氧化机能的影响

3. 3. 2 低温运转

AnAOB的最适发展温度为30~40℃，若何在低温（10~16°C）前提下实现厌氧氨氧化工艺的不变运转是厌氧氨氧化手艺支流工艺利用和推行的瓶颈之一。虽然已有一些尝试室研究报导厌氧氨氧化工艺在低温下也可获得较好的脱氮结果，但因为AnAOB在低温下的低活性、低发展速度，和市政污水水温的季候性波动，支流工艺利用中可能还需要耽误生物膜SRT来包管反映器内有足够量的AnAOB。

3. 3. 3 支流工艺利用

今朝，全球规模内正在积极睁开对支流厌氧氨氧化工艺的试点和项目化研究，但还没有能持久不变运转的成熟支流厌氧氨氧化手艺。是以，为了推动支流工艺利用的历程，一些研究者提出，能够经由过程将侧流工艺中的劣势微生物接种至支流工艺中，加强支流工艺系统中无益的微生物群落（如AOB和AnAOB），从而加快反映器的启动和不变运转。另外，在线监测和智能化节制也是保障支流厌氧氨氧化工艺不变运转的要害，系统的不变运转必需依托在线传感器对NH4+-N、NO3－-N、NO2－-N、pH和DO含量的实时测定和调控。

4、结语与瞻望

虽然今朝厌氧氨氧化手艺的支流工艺利用手艺还不十分成熟，但颠末几十年的成长，厌氧氨氧化手艺项目利用已遍及全球，近几年国内对厌氧氨氧化的研究和项目利用也获得了很年夜的进展和冲破。鉴在市政污水处置厂支流工艺利用与侧流工艺利用在水质、水温、处置范围等方面的差别，针对支流厌氧氨氧化工艺面对的工艺启动较慢、AnAOB富集、硝酸盐浓度节制坚苦、冬季水温低等手艺难点，现有研究已发觉，可经由过程接种现有厌氧氨氧化工艺种泥、构成生物膜或颗粒污泥、调控微生物种群、组合其他工艺等方式破解以上困难。面临庞大的污水处置市场，估计我国将在不久的未来成为厌氧氨氧化手艺利用的首要市场，将来的研究在优化操作前提和开辟智能化节制系统的同时，还可在以下几方面作进一步研究。

（1）一体式厌氧氨氧化工艺因为具有较低的扶植和运营本钱，在现实利用中遭到接待，将来可针对一体式厌氧氨氧化系统进程节制和工艺操作参数优化做进一步研究，在保障不变运转的同时，还应强化节制N2O的排放。

（2）虽然尝试室研究已证实厌氧氨氧化工艺合用在处置各类废水，但在现实项目利用中，面临污水复杂的构成成份，厌氧氨氧化工艺的成功不变运转仍面对庞大的手艺困难。例如，今朝还没有匹敌生素、各类药物和酚等与厌氧氨氧化系统的相容性进行充实的研究，将来应扩年夜各类新兴污染物对厌氧氨氧化工艺影响和机理的研究。

（3）将厌氧氨氧化工艺由侧流工艺转向支流工艺利用已成为全球厌氧氨氧化手艺成长的趋向，但支流工艺利用仍面对着启动迟缓、市政污水无机物浓度高、低温与低氮前提难运转等问题，除处理这些问题，将来还应增强厌氧氨氧化工艺生物除磷结果和机理的研究。

作者：王 胤1，吴嘉利1, 2，陈 一2，周克钊1，赵晓龙1，赵志勇1

(1. 中国市政项目西南设想研究总院无限公司，湖南成都 610084；2. 重庆年夜学情况与生态学院，重庆 400030）

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