論厭氧氨氧化技術在污水處理中的進展

王曉燕 謝青松 張睿 王曄

摘 要：厭氧氨氧化技術是一種生物除氮技術，是我國城市污水處理領域當中的一項較為重要的長期任務，這種脫氮能力超強、能耗極低的新型生物除氮技術被視為未來城市污水處理發展的必然趨勢，因此，近年來厭氧氨氧化技術逐漸成為了污水處理領域所廣泛關注的課題。本文以厭氧氨氧化技術進行污水處理的反應機理為切入點，通過分析厭氧氨氧化菌生產的影響因素，探尋厭氧氨氧化技術在污水處理中的有效應用，并對其未來的應用發展進行展望，進而為我國城市污水處理的優化和發展提供可行性的參考建議。

關鍵詞：厭氧氨氧化技術;污水處理;有效應用

隨著工業化建設的不斷發展以及城市規模的不斷擴大，

環境污染成為了制約人類向前發展的重大難題，這其中，尤以污水處理領域更為困難。隨著人類技術的不斷發展和進步，誕生了許多新型的污水處理技術，厭氧氨氧化技術就是現階段較為先進的一種污水處理技術。

1 氧氨氧化技術進行污水處理的反應機理

隨著城市規模的不斷擴大以及城鎮人口數量的激增，城鎮生活污水處理成為了擺在人類社會發展面前的一項重要難題，在城鎮污水的組成成分中，氮元素，尤其是氨氮形式是城鎮污水處理的主要對象。

一直以來，氨氮形式被視為只有在好氧的環境下才能夠通過相應的氧化酶進行氧化反應，但是生物學家Mulder發現，在厭氧的條件下，氨氮也能夠發生氧化反應，并通過一系列的同位素標記實驗得以證明，人們才正式的認識到厭氧氨氧化的代謝途徑。Mulder所提出的厭氧氨氧化過程NO2-得到4個電子而轉化成為NH2OH，NH2OH再與氨（NH4-）發生反應而生成N2H4，N2H4在失去四個電子之后而生成氮氣，進而完成厭氧條件下氨（NH4-）的氧化過程，當前，城市污水處理過程中應用最為廣泛的厭氧氨氧化計量公式是Strous團隊提出的，主要是利用SBR反應器富集厭氧氨氧化細菌。

2 厭氧氨氧化菌生產的影響因素

厭氧氨氧化菌是污水處理進行厭氧氨氧化技術應用的核心內容，目前并沒有一套成熟的技術來進行厭氧氨氧化菌的純培養，多數還是采用富集的手段來獲取活性好，含量高的混合菌種，由于厭氧氨氧化菌的生長條件極為苛刻，因此，要想有效應用厭氧氨氧化技術進行污水處理就必須深入研究厭氧氨氧化菌生產的影響因素。

2.1 底物濃度

氨氮以及亞硝態氮是厭氧氨氧化菌的主要底物，厭氧氨氧化反應往往需要兩者一定量的積累，然而，過高的氨氮以及亞硝態氮濃度還會危害到厭氧氨氧化菌的細胞安全，所以底物的濃度至關重要。生物學家Lotti以及Yun等人通過大量的實驗證明：0.4g/L是亞硝態氮對厭氧氨氧化活性的半抑制濃度，且抑制作用是可逆的，游離態的亞硝酸是起到抑制作用的根本物質，同時，通過抑制動力學研究表明，氨氮以及亞硝態氮的完全抑制濃度分別為：489.03mg/L和192.36mg/L。

2.2 溫度

眾所周知，無論厭氧氨氧化反應還是細胞的生長都與溫度有著密切的聯系，通常情況下，溫度越高，細胞生長越快，生化反應的速率也就越快。通過科學家大量的實驗論證可以得出：厭氧氨氧化菌生長的最佳溫度在37℃左右，厭氧氨氧化反應速率的適配區間為15℃-40℃之間，且在溫度區間范圍內，溫度越低則厭氧氨氧化菌的穩定性越強。

2.3 溶解氧濃度

作為一種厭氧菌，厭氧氨氧化菌在進行厭氧氨氧化反應時對溶解氧的濃度要求較高。在傳統技術上，0%的氧飽和濃度才會發生厭氧氨氧化反應，然而，在一體式復合菌種反應器中，好氧呼吸細菌會在氧氣接觸厭氧氨氧化菌之前就對其進行吸收利用，在梯度氧濃度或者低氧反應器中，好氧呼吸細菌與厭氧氨氧化菌是可以共同存在的，因此，我們可以得出結論：只要在合適的組合工藝條件下，厭氧氨氧化菌是可以適應一定濃度的氧氣的，這種發現對于厭氧氨氧化菌的實際應用具有十分重要的現實意義。

2.4 有機物

厭氧氨氧化菌是一種化能自養菌，主要是以無機碳作為主要碳源，厭氧氨氧化菌在充足的無機碳環境下可以得到快速的增長，且具備較高的活性，但是，城市污水的碳元素主要由有機碳組成，過高的有機碳含量往往會一直厭氧氨氧化菌的生長。因此，城市污水處理在實際應用厭氧氨氧化技術進行處理的過程中，要充分重視有機物存在的條件下厭氧氨氧化如何保持穩定性。

3 氧氨氧化技術在污水處理中的有效應用

3.1 PNA技術

PNA技術，也稱之為部分短程硝化--厭氧氨氧化技術，在處理高氨氮廢水領域，已經取得了較高的成績，然而，該項技術在進行城市污水處理過程中并沒有強有力的實證資料和理論依據。PNA是一種高效生物氮技術，在城市污水處理的應用過程中，科學家經過不斷的摸索，采用了生物除磷--部分硝化--厭氧氨氧化的組合工藝，實現了磷、碳、氮等元素的同步去除，但該項技術在未來發展過程中仍面臨幾項瓶頸：①碳源在預處理過程中不穩定;②厭氧氨氧化菌在低溫條件下的活性問題;③如何實現低溫條件下進行NOB（短程硝化反應）的抑制。

3.2 SNAD技術

SNAD技術，也稱之為同時部分硝化--厭氧氨氧化--反硝化技術，主要是一種處理低氨氮污水的處理工藝，在該厭氧氨氧化技術中，在低氧質量濃度的條件下，氨氮通過AOB（同時部分硝化反應）部分轉化成為亞硝酸鹽，之后，厭氧氨氧化菌利用剩余的氨氧和轉化的亞硝酸鹽進行厭氧氨氧化反應，生成產物為硝酸鹽和氮氣，最后利用碳源DNB通過反硝化反應將硝酸鹽再轉化成為氮氣。當前，SNAD技術通過利用懸浮活性污泥處理城市生活污水和利用非織造旋轉生物反應器處理低碳氮比的城市污水都取得了較好的成果，為SNAD技術進行城市生活污水提供了較高的技術支撐，主要依賴于SNAD生物膜良好的反硝化和厭氧氨氧化特性。

3.3 PDA技術

PDA技術，也稱之為短程反硝化--厭氧氨氧化技術，主要的反應原理就是通過短程反硝化反應，將硝酸鹽還原成為亞硝酸鹽，進而為厭氧氨氧化反應提供基質。短程反硝化--厭氧氨氧化技術同時處理生活污水和硝酸鹽的效果極其明顯，對于城市生活污水中的NO3--N、NH4+-N、COD的平均去除率達到了89.3%、97.5%以及78.6%，PDA技術為低溫條件下厭氧氨氧化技術進行城市生活污水處理應用找尋到了前進的新方向，該項工藝不僅在環境上還是經濟上都能夠滿足城市污水處理的要求，還能夠發展成為高質量濃度硝酸鹽廢水處理以及解決高氨氮廢水厭氧氨氧化出水和城市污水深度脫氮問題的全新處理工藝。

4 厭氧氨氧化技術在污水處理應用的未來展望

隨著厭氧氨氧化技術在城市污水處理應用的不斷深入，城市發展在城市污水處理方面投入的不斷加大，經過科學家們不斷的努力，一些全新的組合工藝應運而生，為厭氧氨氧化技術在城市污水處理的實際應用提供了堅實的技術支撐。當前，新晉誕生的一種厭氧氨氧化技術，厭氧固定床反應器（去除COD）--序批式反應器（B1）--厭氧氨氧化移動床生物膜反應器（去除B1出水的NO3--N）工藝突破了城市污水處理高污泥產量和高耗能的限制，在實際應用過程中，不僅有效降低的污泥產量，實現節能環保，同時還實現了去除70%-90%的氮氧化物效率、去除40%-70%的總氮、去除80%-90%的COD，是目前最具應用前景的厭氧氨氧化技術。

5 結語

綜上所述，厭氧氨氧化技術是當前最具發展前景的城市污水處理技術，其節能環保、占地較小、處理效率高且能耗低的特性使其擁有十分廣闊的應用發展空間。當前厭氧氨氧化技術在城市污水處理的應用尚處于初級階段，分子生物領域專家要加強這方面的技術投入和研發投入，深入剖析厭氧氨氧化菌的生長特性和因素，為厭氧氨氧化污水處理工藝的深度發展奠定堅實的技術基礎。

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