厭氧氨氧化污水處理技術及其實際應用

李建鴻

摘 要：工業廢棄物的隨意排放和農業上化肥的濫用，導致水體富營養化問題變得日益嚴重。降低氮含量是治理水體富營養化的一種有效手段，以往常用硝化-反硝化工藝進行脫氮處理，但是這種工藝也會帶來二次污染，并且大規模治理污水也需要投入較高的成本。厭氧氨氧化技術是近年來新興的一種污水脫氮處理方式，除了具有脫氮效率高、運行成本低的特點外，還有能耗低、無污染的優勢，因此得到了推廣應用。

關鍵詞：厭氧氨氧化;污水處理;垃圾滲濾液

引言：在水質監測中，水樣中氮元素含量是判定水質的重要指標。水體中的氮可以作為浮游藻類、微生物的重要營養來源，由于污水排放導致氮含量明顯增加，水體中藻類及微生物大量繁殖，破壞水生態系統。厭氧氨氧化技術可以通過高效脫氮，將游離態的氨氮轉化為氮氣排出。隨著技術的日益成熟，目前基于厭氧氨氧化原理的污水處理技術有亞硝化-厭氧氨氧化技術、完全自養脫氮技術等。現就這幾種技術的應用條件、優缺點等展開簡要分析。

一、厭氧氨氧化污水處理原理

厭氧氨氧化指的是在厭氧的條件下，以氨氮（NH4+N）為電子供體，亞硝酸氮（NO2-N）為電子受體，以HCO3-為碳源，通過厭氧氨氧化菌的作用，將氨氮氧化為氮氣（N2）的過程。用化學方程式表示為：

NH4++ NO2-+ HCO3-+ H+→N2+ NO3-+ CH2O0.5N0.15+H2O

結合上式可以發現，HCO3-本身既是碳源，又可以直接參與厭氧氨氧化反應，最終轉化為無毒、無污染的氮氣。除了可以避免最終產物造成二次污染外，還能夠有效控制成本，符合綠色環保理念。另外，利用該技術進行污水處理后，產生的各類產物均保持中性，不需要后期添加酸堿藥品進行中和反應，相比于傳統的污水處理工藝也節儉了流程步驟，具有一定的優勢。

二、基于厭氧氨氧化原理的幾種污水處理技術

1、限氧自養硝化-反硝化技術

限氧自養硝化-反硝化工藝是一種一步脫除氨氮，無需加入COD的新工藝技術。在低氧的條件下，亞硝酸菌有著較強的溶解氧的親和力，形成了亞硝酸的積累。通常條件下，亞硝酸菌飽和常數為0.2～0.4mg/L，與硝酸菌（1.2～1.5mg/L）有較大差異。限氧自養硝化-反硝化工藝利用這種差異性，就容易在較低溫度下實現對亞硝酸菌的穩定積累，淘汰硝酸菌。該技術的應用優勢在于具有較強的環境適應性，對反應條件的要求相對寬松，適用于垃圾場處理滲濾液，或是養殖場處理污水等情況。

2、亞硝化-厭氧氨氧化技術

整套技術分為兩個過程來進行，為了避免反應過程中相互干擾，需要分別提供兩個獨立的容器，其中一個容易完成“亞硝化”部分，通過亞硝化處理可以將待處理污水的氨氮氧化率完成約40%-50%。在亞硝化處理中會生成新產物亞硝態氮。然后將半成品導入另一容器中，繼續進行厭氧氨氧化處理，完成剩余50%-60%的氨氮氧化。前一階段的產物亞硝態氮也會直接參與到后一階段的氨氮氧化反應，提升反應速率，最終產物為氮氣和硝態氮。這樣一來，在厭氧氨氧化中，不需要額外的加入亞硝氮，控制了成本。另外，該反應體系中不會產生二氧化氮，符合環保要求。

3、完全自養脫氮技術

完全自養脫氮工藝技術是指通過對同一構筑物內溶解氧的控制來實現厭氧氨氧化，氨氮到氮氣的轉化過程都由自養菌完成。其基本原理是氨氮部分被亞硝化細菌氧化，形成亞硝氮;而剩余部分的氨氮與隨后產生的亞硝氮發生氧化反應，就形成了氮氣。在此過程中，由于完全自養脫氮反應所需的細菌都是自養型的細菌，因此在反應期間無需再添加有機物。但是受到目前技術條件的限制，這種工藝在實際應用中還存在一些缺點，例如需要通過人為調控反應條件，為硝酸菌、厭氧氨氧化菌提供良好的生長環境，促進厭氧氨氧化反應的持續進行，否則可能會降低污水處理效率。

三、厭氧氨氧化污水處理技術的實際應用

1、在垃圾滲濾液處理中的應用

垃圾滲濾液中不僅含有重金屬物，而且氨氮含量較高。由于很多垃圾場采用直接填埋的方式處理垃圾，這些滲濾液不經處理后直接進入地下水系統，最終經過地下水循環污染水源。利用厭氧氨氧化技術進行垃圾滲濾液處理，需要先將垃圾滲濾液收集起來，然后分兩次進行脫氮處理。第一階段先利用亞硝化工藝，將滲濾液進行初步的氨氮氧化。然后將初步處理后的產物，放置于無氧環境中，為厭氧菌和氨氧化菌創造良好的生產環境。通過增加細菌數量，提高反應速率、提升處理效果。因此，創造適宜菌群生長的環境，是利用厭氧氨氧化技術治理垃圾滲濾液的關鍵。

2、在城市生活污水處理中的應用

隨著城市人口密度的增加，產生的生活垃圾、生活污水日益增多。通過取樣分析可知，城市生活污水中含量較高的成分依次為氨氮、磷酸鹽等。以往進行生活污水凈化處理，需要使用大量的化學添加劑，一來是增加成本，二來也容易對水質造成二次破壞。可以利用全自氧脫氨技術進行生活污水處理，首先需要調節容器內的反應溫度，由于低溫環境下自氧菌的生物活性較低，因此需要將溫度調節至35-45℃之間，讓自氧菌處理最活躍狀態，提高對生活污水中氨氮物質的轉化率。通過前后對比，使用全自氧脫氨工藝處理后，污水中NH3-N的去除率可以穩定維持在90%以上。

3、在養殖場廢水處理中的應用

受到近年來產業結構調整的影響，本地郊區、鄉鎮的一些規模化養殖場也逐漸增多。規模化養殖也帶來了比較嚴重的糞污污染問題，很多養殖戶直接將禽畜糞污排放到農田或河流中，造成了水污染。利用厭氧氨氧化技術進行養殖場污水處理，首先需要將糞污集中收集起來，然后裝入到SBR容器中。通過調節參數，讓容器內的溫度恒定在36℃，水力停留時間為1.5天。反應時間結束后，取容器中的反應產物進行測定，與反應之前的樣品進行含氮量對比，可以發現NH3-N的含量降低了97%，而NO3-N的含量降低了99%。

四、氧氨氧化污水處理技術的發展前景

就現階段厭氧氨氧化技術的實際應用效果來看，在降低能耗、控制成本和提高污水處理效果等方面均比傳統的污水脫氮處理工藝有明顯優勢。但是我們也應當看到，目前厭氧氨氧化技術在實際應用中也有一些不足，例如對反應環境的溫度、氧濃度等均有嚴格要求，如果條件控制不理想，很可能會導致脫氮效率、效果受到影響，污水凈化處理不達標。未來隨著新技術的研發和工藝設備的改進，該技術的應用價值將會得到進一步的突顯。例如可以使用計算機技術、傳感器技術，對容器內部的環境（壓力、溫度等）進行自動調控，從而更好的滿足厭氧氨氧化污水處理的技術要求。

結語：近年來因為水體富營養化導致的生態環境破壞、水環境污染問題引起了人們的高度關注。而導致富營養化的根本原因是水體中氨氮含量偏高。因此，除了要從源頭上加強排污控制外，對已經遭受污染的水域進行脫氮處理也是一種必要措施。本文介紹的厭氧氨氧化技術，在垃圾滲濾液、城市生活污水等方面的治理應用取得了較為明顯的效果，今后隨著技術的成熟，該技術也會得到進一步的推廣，在緩解水體富營養化問題上發揮重要作用。

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