厭氧氨氧化反應應用簡述及影響因素研究

徐玉金 陳敬坤

摘要：隨著工業、農業的快速發展，大量富含氮元素的污水進入了生態環境中，造成水體富營養化、藻類的大量生長、消耗了水體中的溶解氧、對人的生產生活造成了重大影響。傳統的硝化反硝化脫氮工藝處理流程長、造價高、動力消耗大、效率低且處理成本高。厭氧氨氧化工藝具有不需要添加有機碳源，能夠節省曝氣量、運行費用低等優點，成為了研究的熱點。本文對厭氧氨氧化技術展開探討研究，以期為污水處理工作提供可參考性的意見。

關鍵詞：厭氧氨氧化；污水處理；影響因素

1.厭氧氨氧化簡述：

污水廠和一些制造化肥或精煉石油的工廠會產生數百萬升富含氨的廢水，所有的這些含氮廢水都需要降解掉。傳統方法是使用硝化菌將氨轉換成亞硝酸鹽或硝酸鹽，然后反硝化菌再將其還原成氮氣。硝化過程的微生物需要氧氣，并且需要巨量的氧氣，因此一些機器就要耗費大量的電來為這些污泥進行曝氣。不但如此，反硝化過程還需要外碳源，例如甲醇，甲醇燃燒又會產生二氧化碳。所以，這種工藝是代價高昂的，不僅占用大量空間還對環境不好。

厭氧氨氧化（ANAMMOX），是利用一種自養型的細菌，即厭氧氨氧化菌，在缺氧或厭氧的環境條件下，將氮、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、性質穩定的氮氣和硝酸鹽的過程。與傳統工藝相比，厭氧氨氧化菌能夠利用氨作為他們的能源，這就不需要再用昂貴的甲醇。并且該反應不需要氧氣，所以厭氧氨氧化工藝會消耗更少的電量。該工藝不僅不產生二氧化碳，反而還會消耗它，所以該工藝是非常環保的。總之，與傳統的工藝相比，厭氧氨氧化工藝會減少90%的運行費并節省50%的空間面積。

1996年Jetten等通過Gibbs函數（化學反應自由能）計算以及一些化學計量學的方法，再根據厭氧氨氧化的基質及產物的變化，推導出厭氧氨氧化反應的化學方程式，如下：

從這個公式看出：厭氧氨氧化反應器的進水亞硝酸鹽的比例要高一些：出水會產生一定比例的硝酸鹽：反應器消耗氫離子，pH會有所升高。

2.厭氧氨氧化的影響因素

2.1溫度

溫度對厭氧氨氧化反應的影響主要是影響ANAMMOX菌的正常生長繁殖和酶的活性。污水處理中需要保證ANAMMOX菌生活在最大的反應活性和生長速率情況下。溫度升高時，酶促反應加快，但同時酶活性的喪失也加速“。因此，若其它條件保持不變，生物反應過程具有一個最適溫度，在這個溫度下，其活性最大。適宜的環境溫度或者較高的環境溫度能夠增加ANAMMOX菌的反應活性和生長速率，一般認為適合的溫度為300C左右，研究證明ANAMMOX菌對溫度的適應性較強，當溫度在200C 400C的范圍內，厭氧氨氧化的反應活性是較高的，并且研究發現當在400C時厭氧氨氧化活性達到最大值，在該溫度下運行反應器最利于厭氧氨氧化反應的進行，脫氯效率最高，當溫度超過450C時，ANAMMOX菌的活性會明顯下降。由于反應器受多方面因素的影響，在處理污水脫氮時，需要適時檢測含氮物質的去除情況來選擇反應器的溫度，使得ANAMMOX菌維持較高的生長速率和活性。另外溫度也會影響游離氨和游離亞稍酸的濃度，因此溫度對厭氧氨氧化工藝是很重要的一個反應條件。

2.2DO

溶解氧（DO）對厭氧氨氧化的影響來自于氧濃度對厭氧過程的抑制e。ANAMMOX菌的是一種嚴格厭氧菌，氧氣濃度過高時不利于ANAMMOX菌的存活和繁殖，也會導致ANAMMOX菌的活性完全喪失，所以有效控制溶解氧的濃度非常重要。有人進行了厭氧氨氧化反應對溶解氧耐受程度的實驗，發現進水DO必須低于2.5mg/L，才可能不產生嚴重的抑制作用。當DO在2.3～3.8mg/L時，ANAMMOX菌的活性下降接近50%。同時，在菌種存活的前提下，溶解氧對厭氧氨氧化的抑制作用是可以恢復的。當進水DO降低到lmg/L時，ANAMMOX菌可恢復活性

2.3pH值

pH值的影響主要是因為它對會有影響，同時還對兩種反應基質（游離亞硝酸和游離氨）均有影響。一般認為，ANAMMOX菌的適宜PH值范圍是6.5 9.0之間，過高或過低都不利于厭氧氨氧化菌的生長。在水溶液中也會發生如下解離反應：NH3+H20·NH40H·NH4++OH，HN02·HNO因實驗條件的差異，進行確定的最適宜pH值還是有一定差異的。低的pH值使得游離氨下降，但是會增加水中的游離亞硝酸的濃度，高的pH會增加水中游離氨的濃度，降低水中游離亞硝酸的濃度。為了防止游離氨和游離亞硝酸的抑制作用，通常調節進水pH在中性。根據厭氧氨氧化的反應會造成pH上升，ANAMMOX菌容易受到游離亞硝酸的抑制，因此進水應保持一定的堿度，防止反應過程中pH變化過大。

2.4基質濃度

厭氧氨氧化的基質為氨氮和亞硝酸鹽氨，它們對ANAMMOX菌的強度和活性具有重要影響，兩者需要同步去除才能保證ANAMMOX性能穩定。如果底物濃度過大會對ANAMMOX作用產生不利影響甚至會抑制ANAMMOX菌的活性和生長，尤其是亞硝酸鹽氮濃度的變化對ANAMMOX活性影響較大。據了解NH4+N對ANAMMOX菌菌的抑制上限為1000mg/L，游離氨濃度在57 187mg/L時會抑制ANAMMOX菌的活性。同時研究發現，亞硝酸鹽氨對ANAMMOX菌的抑制作用遠大于氨氮的抑制作用，且其N02 N抑制上限為100mg/L。

2.5有機物濃度

ANAMMOX菌為無機自養菌，而污泥中存在著異養反硝化菌，導致在有機物存在下兩類菌之間發生基質競爭。當污水中存在有過量的有機碳源時，將很大程度上抑制ANAMMOX菌的生長與繁殖，并使反硝化菌快速占據優勢。

理論上看，ANAMMOX？菌生長率約0.066.僅為反硝化菌的1/5，且在熱力學上ANAMMOX反應比反硝化反應更難進行（Molinuevoetal_，2009）。研究表明，超過300mg.L的COD將阻止或者完全抑制ANAMMOX菌活性。因此含氨氨的污水中例如垃圾滲濾液，皮革廢水、污泥硝化液中往往含有大量的有機物。因此在用厭氧氨氧化工藝處理這類工藝的廢水時往往需要先去掉有機物后，再進入厭氧氨氧化工藝。

3.總結與展望

厭氧氨氧化作為一種新型污水處理工藝，

能耗低、成本低、幾乎不產生污泥、經濟高效，是國內外污水處理工作的重大突破，具有無可比擬的優勢和發展空間。但是，厭氧氨氧化工藝在實際工程運行中尚不成熟，Ananunox菌世代繁殖周期長，生長緩慢，工程啟動時間長。Anammox菌生長條件復雜，影響因素多，導致厭氧氨氧化工藝穩定運行時對外部條件要求茍刻。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、系統的并提出相應對策、措施，及時進行有效處理。