亞硝化-厭氧氨氧化處理生活污水

城市污水處理廠的傳統(tǒng)反硝化過(guò)程是通過(guò)在再生罐中充分曝氣，將氨氮和亞硝酸鹽氮盡可能地轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，然后向反硝化結(jié)構(gòu)中添加一定量的碳源。硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻＝陙?lái)，基于實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的一些新現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了一些新的生物脫氮工藝，并形成了新的生物脫氮理論，主要包括亞硝化和厭氧氨氧化。

1.新的生物反硝化理論

1.1硝化作用

與全程硝化反硝化工藝相比，短程硝化反硝化可節(jié)省曝氣量的1/4，減少污泥產(chǎn)量，降低堿度和碳源用量，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

在傳統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)中，亞硝酸鹽細(xì)菌和硝酸鹽細(xì)菌處于共生狀態(tài)。亞硝酸鹽細(xì)菌產(chǎn)生的亞硝酸鹽氮將很快被亞硝酸鹽細(xì)菌轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。在該過(guò)程中難以形成亞硝酸鹽氮累積。因此，短程硝化過(guò)程的控制難點(diǎn)在于如何提高亞硝酸鹽細(xì)菌的活性，抑制硝酸鹽細(xì)菌的活性，使硝化反應(yīng)產(chǎn)物以亞硝酸鹽氮的形式停留，防止亞硝酸鹽的生成。氮被連續(xù)氧化，從而可以進(jìn)一步還原硝酸鹽氮直接經(jīng)歷反硝化反應(yīng)或厭氧氨氧化反應(yīng)。有必要控制硝化反應(yīng)的影響因素。根據(jù)兩種硝化細(xì)菌對(duì)環(huán)境因素的不同耐受性，嘗試抑制硝酸鹽細(xì)菌的活性和/或減少反應(yīng)器中硝酸鹽細(xì)菌的數(shù)量，從而獲得大量的亞硝酸鹽氮。積累的目的。

影響亞硝化過(guò)程的主要因素是：

（1）溫度

室溫下硝化反應(yīng)產(chǎn)生的亞硝酸鹽氮可以快速氧化，但在30℃以上會(huì)產(chǎn)生明顯的亞硝酸鹽積累。作為一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的控制條件，研究人員可以將反應(yīng)器溫度控制在低溫（≤15°C）或高溫階段（30-40°C），這樣，硝化反應(yīng)中獲得的大多數(shù)產(chǎn)物都是亞硝酸鹽氮。但是，對(duì)于城市污水處理廠來(lái)說(shuō)，控制污水低溫或高溫的措施顯然是不合適的。

（2）pH值

一般認(rèn)為，亞硝酸細(xì)菌的最佳pH值為7.9?8.2，而硝酸鹽細(xì)菌的最佳pH值為7.2?7.6。當(dāng)pH值小于6.5時(shí)，將抑制亞硝酸鹽細(xì)菌和硝酸鹽細(xì)菌的生長(zhǎng)。當(dāng)該值大于8時(shí)，硝酸鹽細(xì)菌的生長(zhǎng)受到抑制，因此工藝廢水中亞硝酸鹽氮的濃度會(huì)更高。

（3）溶解氧

亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌對(duì)溶解氧的親和力不同，這種差異可用于實(shí)現(xiàn)亞硝化作用。并根據(jù)作者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，控制適當(dāng)?shù)?/p>

脫氧濃縮是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定亞硝化必須采取的方法之一。溶解氧濃度過(guò)高會(huì)迅速氧化亞硝酸鹽氮，這不利于其積累，但是溶解氧濃度不能太低。氧氣供應(yīng)不足也會(huì)降低亞硝酸鹽細(xì)菌的活性。

（4）游離氨

較高濃度的游離氨可在一定程度上抑制兩種硝化細(xì)菌的活性，但對(duì)硝酸鹽細(xì)菌更敏感，這意味著較高濃度的游離氨可達(dá)到抑制硝酸鹽細(xì)菌活性的目的。 。安東尼發(fā)現(xiàn)游離氨對(duì)亞硝酸鹽細(xì)菌的抑制濃度為10?150mg / L，硝酸鹽細(xì)菌的抑制濃度為0.1?1.0mg / L。

（5）污泥齡

由于在中等和高溫條件下亞硝酸鹽細(xì)菌的產(chǎn)生周期短于硝酸鹽細(xì)菌的產(chǎn)生周期，因此可以將污泥年齡控制在亞硝酸鹽細(xì)菌和硝酸鹽細(xì)菌的最小停留時(shí)間之間，并且可以逐步消除亞硝酸鹽細(xì)菌。在再生池中，亞硝酸鹽細(xì)菌越來(lái)越豐富，從而實(shí)現(xiàn)了亞硝酸鹽氮的積累。在某些污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行中也發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。

1.2厭氧氨氧化

厭氧氨氧化是指微生物在缺氧條件下使用氨氮作為電子供體，亞硝酸鹽氮作為電子受體同時(shí)將其轉(zhuǎn)化為氮的過(guò)程。與傳統(tǒng)的反硝化工藝相比，厭氧氨氧化工藝不需要外部碳源，減少了化學(xué)藥品的消耗，污泥產(chǎn)量低，不需要氧氣供應(yīng)，節(jié)省了電能，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

影響厭氧氨氧化過(guò)程的主要因素是：

（1）基質(zhì)濃度

適當(dāng)量的氨氮和亞硝酸鹽氮用作底物，為厭氧氨氧化細(xì)菌提供營(yíng)養(yǎng)和能量。但是，當(dāng)氨氮和亞硝酸鹽氮的濃度超過(guò)一定值時(shí)，也會(huì)抑制厭氧氨氧化細(xì)菌的活性。鄭平[3]的研究結(jié)果表明，氨氮對(duì)亞硝酸鹽氮的抑制常數(shù)為5.4?12.0mmol / L，厭氧菌的抑制常數(shù)為38.0?98.5mmol / L。

（2）pH值

氨氮和亞硝酸鹽氮在水中均具有電離平衡，pH值可通過(guò)影響游離氨和游離亞硝酸的濃度來(lái)影響厭氧氨氧化過(guò)程。 VaDongen認(rèn)為，當(dāng)pH在6.7和8.3之間時(shí)，厭氧氨氧化反應(yīng)可以很好地進(jìn)行，最佳pH約為8.0。

（3）溶解氧

水中高濃度的溶解氧將對(duì)厭氧氨氧化細(xì)菌的活性產(chǎn)生重大影響。盡管氧氣可以顯著抑制厭氧氨氧化菌的活性，但是當(dāng)去除氧氣中毒時(shí)，厭氧氨氧化菌的活性可以恢復(fù)。

（4）溫度

厭氧氨氧化細(xì)菌對(duì)溫度變化更敏感。通常認(rèn)為，適合于厭氧細(xì)菌的溫度是33-40℃。近年來(lái)，研究人員已轉(zhuǎn)向研究中低溫條件下的厭氧氨氧化工藝。作者使用生物陶粒過(guò)濾柱。平均總脫氮負(fù)荷分別為20±2℃，15±1℃和10±1℃。達(dá)到1.00g /（L·d），0.89g /（L·d），0.74g /（L·d），平均總氮去除率分別為87.6％，82.5％，73.0％。

（5）輕

厭氧氨氧化細(xì)菌是光敏細(xì)菌，在光的作用下其氨去除率將降低30-50％。污水處理廠的結(jié)構(gòu)通常是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。例如，在屋頂?shù)拈_(kāi)口處覆蓋不透明的蓋板，這基本上可以避免光對(duì)結(jié)構(gòu)的反硝化作用的影響。

（6）有機(jī)質(zhì)

厭氧氨氧化細(xì)菌是化學(xué)自養(yǎng)厭氧細(xì)菌，其繁殖速度很慢。在水中存在有機(jī)碳源的情況下，異養(yǎng)細(xì)菌繁殖得更快，這將影響厭氧氨氧化菌的生長(zhǎng)。因此，厭氧氨氧化工藝更適合放置在微曝氣反應(yīng)器工藝的后端。反應(yīng)器的流出物中含有較低濃度的有機(jī)物和較高濃度的未氧化氨氮，可以達(dá)到較好的效果。反硝化作用。

2.亞硝化-厭氧氨氧化工藝的特點(diǎn)

在亞硝化過(guò)程中，亞硝酸鹽細(xì)菌僅將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，而不能繼續(xù)將其轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。為了?shí)現(xiàn)污水的高效脫氮，亞硝化需要與其他工藝結(jié)合使用，厭氧氨氧化是其最理想的結(jié)合方式。目前，許多研究人員都喜歡使用兩種新的反硝化工藝：一種是以CANON為代表的單級(jí)反應(yīng)；另一種是以CANON為代表的單級(jí)反應(yīng)。另一個(gè)是兩階段反應(yīng)，以SHARON-ANAMMOX為代表。

CANON工藝的特點(diǎn)是亞硝酸鹽細(xì)菌和厭氧氨氧化細(xì)菌共存于同一反應(yīng)器中。位于生物膜外層的亞硝酸鹽細(xì)菌首先將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮，然后通過(guò)傳質(zhì)將位于生物膜中的亞硝酸鹽細(xì)菌轉(zhuǎn)化為膜內(nèi)層中的厭氧細(xì)菌。 。

SHARON工藝的特點(diǎn)是將反應(yīng)器的污泥年齡控制在30?35℃，使其處于亞硝酸鹽細(xì)菌和硝酸鹽細(xì)菌的最短停留時(shí)間之間，并逐漸消除反應(yīng)器中的硝酸鹽細(xì)菌。后來(lái)，開(kāi)發(fā)了SHARON-ANAMMOX工藝。在前一個(gè)反應(yīng)器中，約一半的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，然后在后一個(gè)反應(yīng)器中，將亞硝酸鹽氮和其余一半的氨氮轉(zhuǎn)化為氮。

目前，適用于厭氧氨氧化工藝的反應(yīng)器類(lèi)型主要包括EGSB，生物轉(zhuǎn)盤(pán)，SBR，固定床等，它們均具有良好的微生物保留性。

3.亞硝化-厭氧氨氧化工藝應(yīng)用于生活污水處理的可能性

在兩步亞硝化-厭氧氨氧化過(guò)程中，亞硝酸鹽細(xì)菌和厭氧氨氧化細(xì)菌可以在最有利的環(huán)境中生長(zhǎng)。與單級(jí)工藝相比，它的運(yùn)行可靠性更高，啟動(dòng)時(shí)間更短。 ，反硝化效率高，具有一定的優(yōu)勢(shì)。但是，在我國(guó)污水排放量逐年增加的情況下，將亞硝化-厭氧氨氧化法應(yīng)用于生活污水處理仍存在一定的局限性。一方面，厭氧氨氧化反應(yīng)需要先前亞硝化反應(yīng)的流出物以維持穩(wěn)定的NH4 + / NO2-。另一方面，在以前的研究結(jié)果中，亞硝化-厭氧氨氧化工藝一般采用較高的氨氮濃度（> 500mg / L），反應(yīng)器溫度也很高（30?40℃），兩者均是室溫下底物含量低的生活污水難以維護(hù)，且能耗巨大。近年來(lái)，研究人員已開(kāi)始研究室溫下的厭氧氨氧化過(guò)程。

向上流動(dòng)的高負(fù)荷生物濾池-CSTR亞硝化反應(yīng)器-向上流動(dòng)的厭氧氨氧化濾池塔用于處理實(shí)際的生活污水。系統(tǒng)穩(wěn)定后，出水氨氮平均濃度為0.02mg / L，出水COD濃度為41.4±2.3mg / L，出水總氮濃度為11.9±2.7mg / L。優(yōu)于《城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 GB18918-2002）A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

4.結(jié)論

基于亞硝酸鹽細(xì)菌和硝酸鹽細(xì)菌對(duì)各種底物或因素的不同耐受性，可以通過(guò)控制這些反應(yīng)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的亞硝化作用。但是，目前，對(duì)于某些反應(yīng)參數(shù)的合理調(diào)節(jié)范圍，不同的研究人員得出了不同的結(jié)論。

另外，雖然目前亞硝化-厭氧氨氧化法在實(shí)際生活污水處理中的應(yīng)用尚有很多問(wèn)題有待解決，但其應(yīng)用前景和效益也很大，可以積極地促進(jìn)污水處理廠的良性循環(huán)。城市生態(tài)系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展的目標(biāo)值得研究人員進(jìn)行深入研究。