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)反硝化過程是通過在再生罐中充分曝氣，將氨氮和亞硝酸鹽氮盡可能地轉化為硝酸鹽氮，然后向反硝化結構中添加一定量的碳源。硝酸鹽氮轉化為氮氣。近年來，基于實驗和實踐中發(fā)現(xiàn)的一些新現(xiàn)象，國內外學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，具有較高的應用價值。

在傳統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)中，亞硝酸鹽細菌和硝酸鹽細菌處于共生狀態(tài)。亞硝酸鹽細菌產(chǎn)生的亞硝酸鹽氮將很快被亞硝酸鹽細菌轉化為硝酸鹽氮。在該過程中難以形成亞硝酸鹽氮累積。因此，短程硝化過程的控制難點在于如何提高亞硝酸鹽細菌的活性，抑制硝酸鹽細菌的活性，使硝化反應產(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，從而可以進一步還原硝酸鹽氮直接經(jīng)歷反硝化反應或厭氧氨氧化反應。有必要控制硝化反應的影響因素。根據(jù)兩種硝化細菌對環(huán)境因素的不同耐受性，嘗試抑制硝酸鹽細菌的活性和/或減少反應器中硝酸鹽細菌的數(shù)量，從而獲得大量的亞硝酸鹽氮。積累的目的。

影響亞硝化過程的主要因素是：

（1）溫度

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

（2）pH值

一般認為，亞硝酸細菌的最佳pH值為7.9?8.2，而硝酸鹽細菌的最佳pH值為7.2?7.6。當pH值小于6.5時，將抑制亞硝酸鹽細菌和硝酸鹽細菌的生長。當該值大于8時，硝酸鹽細菌的生長受到抑制，因此工藝廢水中亞硝酸鹽氮的濃度會更高。

（3）溶解氧

亞硝酸細菌和硝酸細菌對溶解氧的親和力不同，這種差異可用于實現(xiàn)亞硝化作用。并根據(jù)作者的實驗結果，控制適當?shù)?/p>

脫氧濃縮是實現(xiàn)穩(wěn)定亞硝化必須采取的方法之一。溶解氧濃度過高會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。氧氣供應不足也會降低亞硝酸鹽細菌的活性。

（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菌的活性，但對硝酸鹽細菌更敏感，這意味著較高濃度的游離氨可達到抑制硝酸鹽細菌活性的目的。 。安東尼發(fā)現(xiàn)游離氨對亞硝酸鹽細菌的抑制濃度為10?150mg / L，硝酸鹽細菌的抑制濃度為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菌的產(chǎn)生周期短于硝酸鹽細菌的產(chǎn)生周期，因此可以將污泥年齡控制在亞硝酸鹽細菌和硝酸鹽細菌的最小停留時間之間，并且可以逐步消除亞硝酸鹽細菌。在再生池中，亞硝酸鹽細菌越來越豐富，從而實現(xiàn)了亞硝酸鹽氮的積累。在某些污水處理廠的實際運行中也發(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將其轉化為氮的過程。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，減少了化學藥品的消耗，污泥產(chǎn)量低，不需要氧氣供應，節(jié)省了電能，具有明顯的優(yōu)勢。

影響厭氧氨氧化過程的主要因素是：

（1）基質濃度

適當量的氨氮和亞硝酸鹽氮用作底物，為厭氧氨氧化細菌提供營養(yǎng)和能量。但是，當氨氮和亞硝酸鹽氮的濃度超過一定值時，也會抑制厭氧氨氧化細菌的活性。鄭平[3]的研究結果表明，氨氮對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值可通過影響游離氨和游離亞硝酸的濃度來影響厭氧氨氧化過程。 VaDongen認為，當pH在6.7和8.3之間時，厭氧氨氧化反應可以很好地進行，最佳pH約為8.0。

（3）溶解氧

水中高濃度的溶解氧將對厭氧氨氧化細菌的活性產(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，但是當去除氧氣中毒時，厭氧氨氧化菌的活性可以恢復。

（4）溫度

厭氧氨氧化細菌對溫度變化更敏感。通常認為，適合于厭氧細菌的溫度是33-40℃。近年來，研究人員已轉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濾柱。平均總脫氮負荷分別為20±2℃，15±1℃和10±1℃。達到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

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

（6）有機質

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

2.亞硝化-厭氧氨氧化工藝的特點

在亞硝化過程中，亞硝酸鹽細菌僅將氨氮轉化為亞硝酸鹽氮，而不能繼續(xù)將其轉化為氮氣。為了實現(xiàn)污水的高效脫氮，亞硝化需要與其他工藝結合使用，厭氧氨氧化是其最理想的結合方式。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為代表的單級反應；另一種是以CANON為代表的單級反應。另一個是兩階段反應，以SHARON-ANAMMOX為代表。

CANON工藝的特點是亞硝酸鹽細菌和厭氧氨氧化細菌共存于同一反應器中。位于生物膜外層的亞硝酸鹽細菌首先將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮，然后通過傳質將位于生物膜中的亞硝酸鹽細菌轉化為膜內層中的厭氧細菌。 。

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

目前，適用于厭氧氨氧化工藝的反應器類型主要包括EGSB，生物轉盤，SBR，固定床等，它們均具有良好的微生物保留性。

3.亞硝化-厭氧氨氧化工藝應用于生活污水處理的可能性

在兩步亞硝化-厭氧氨氧化過程中，亞硝酸鹽細菌和厭氧氨氧化細菌可以在最有利的環(huán)境中生長。與單級工藝相比，它的運行可靠性更高，啟動時間更短。 ，反硝化效率高，具有一定的優(yōu)勢。但是，在我國污水排放量逐年增加的情況下，將亞硝化-厭氧氨氧化法應用于生活污水處理仍存在一定的局限性。一方面，厭氧氨氧化反應需要先前亞硝化反應的流出物以維持穩(wěn)定的NH4 + / NO2-。另一方面，在以前的研究結果中，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，且能耗巨大。近年來，研究人員已開始研究室溫下的厭氧氨氧化過程。

向上流動的高負荷生物濾池-CSTR亞硝化反應器-向上流動的厭氧氨氧化濾池塔用于處理實際的生活污水。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準》 GB18918-2002）A級標準。

4.結論

基于亞硝酸鹽細菌和硝酸鹽細菌對各種底物或因素的不同耐受性，可以通過控制這些反應參數(shù)來實現(xiàn)更穩(wěn)定的亞硝化作用。但是，目前，對于某些反應參數(shù)的合理調節(jié)范圍，不同的研究人員得出了不同的結論。

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