1、厭氧氨氧化概述
厭氧氨氧化（Anammox），即厭氧氨氧化菌，一種自養(yǎng)型的細(xì)菌，厭氧氨氧化生物在缺氧或厭氧的環(huán)境條件下，分別將氨、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(yīng)的受體，產(chǎn)生無色無味、性質(zhì)穩(wěn)定的氮氣（N2）和硝酸鹽的生物過程，其化學(xué)計量學(xué)方程式為：1.32NOˉ2+0.12H++NH+4+0.066HCOˉ3→0.26NOˉ3+1.0N2+2.03H2O+0.066CH2O0.5N0.15，該方程式還囊括了分解代謝反應(yīng)和合成代謝反應(yīng)。
與傳統(tǒng)工藝相比，厭氧氨氧化工藝是一種比較高效、經(jīng)濟的自養(yǎng)型生物脫氮工藝，不需要供氧和有機碳源，產(chǎn)生污泥的比率比較低，投資少，工藝成本費用較低，能夠最大限度減少氧氣量、有機碳源、運行費用和曝氣量等的消耗，轉(zhuǎn)變現(xiàn)階段我國污水處理難、能耗高、污泥量大等問題，最為關(guān)鍵的是，不會對水資源環(huán)境產(chǎn)生二次污染。
2、厭氧氨氧化的主要影響因子
近年來，厭氧氨氧化工藝在實際中的應(yīng)用范圍和規(guī)模愈加廣泛，在亞歐十多個國家中得到廣泛的應(yīng)用，并取得了較好的成效。但國內(nèi)厭氧氨氧化工藝的研究相對較晚，受許多干擾因素的影響，厭氧氨氧化反應(yīng)也受到影響和限制，工藝手段還有待加強，存在著一定的局限性。
2.1 溫度
溫度的高低會對酶的活性產(chǎn)生直接有效的影響，是影響污水細(xì)菌新陳代謝的重要影響因子。酶是微生物中的主要因素，其活性關(guān)系著微生物中的新陳代謝功能，一定程度會對厭氧氨氧化工藝的脫氮效果造成影響。有實驗研究表明，溫度的高低與厭氧氨氧化的反應(yīng)效率具有顯著的影響效果，諸多學(xué)者眾說紛紜，有認(rèn)為最佳溫度為30℃的、40℃的、45℃的，但經(jīng)研究表明，18℃的低溫環(huán)境下都有可能啟動厭氧氨氧化反應(yīng)，而當(dāng)處于35~40℃的時候，厭氧氨氧化的活性最大，是最適宜發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)的溫度值。
2.2 PH值
在水中，pH值影響著厭氧氨氧化的效果，廢水中的硝態(tài)氮和硝基氮會在水中發(fā)生離解反應(yīng)。不同學(xué)者認(rèn)為厭氧氨氧化最適宜的pH值不同，有7.5~8.0、7.61、6.5~7.8等各種pH值推算結(jié)果，但根據(jù)pH值在AAOB反應(yīng)器啟動條件和污泥接種差異水平展開的研究中得出，不同pH值對厭氧氨氧化的影響程度大小不盡相同，但通過綜合匯總得知，pH值在7～8左右是最適宜發(fā)生厭氧氨氧化作用的，這也是能夠為學(xué)者普遍接受的。
2.3 底物濃度及其他影響因素
硝態(tài)氮、硝基氮、氨氮和亞硝酸鹽氮等是廢水中厭氧氨氧化反應(yīng)的限制性底物，有研究已經(jīng)證明，這些底物對細(xì)胞的毒害作用尤為劇烈，比率的高低影響著厭氧氨氧化工藝的去氮效率，一定濃度比率有利于進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)，提高除氮的效果。
此外，厭氧氨氧化菌是一種典型的嚴(yán)格厭氧菌，容易受到溶解氧的影響和抑制，在0.005的氧氣飽和度下，厭氧氨氧化菌就已經(jīng)全部停止了對NH3和NaNO2的轉(zhuǎn)換，作用十分顯著，這也就表明，厭氧氨氧化菌容易受到氧氣濃度的限制。
再者，溶解氧、光、高鹽度等因素也會抑制厭氧氨氧化菌的活性，限制厭氧氨氧化反應(yīng)的效果，能夠使氨的祛除效率至少降低30%以上，當(dāng)溶解氧的濃度大于2微摩爾每升時，就會完全抑制厭氧氨氧化菌的可逆活性。
3、厭氧氨氧化污水處理技術(shù)工藝及其應(yīng)用
3.1 Sharon-Anammox聯(lián)合工藝
目前，Sharon-Anammox工藝是國內(nèi)外污水處理工作中比較常用的工藝之一，與傳統(tǒng)Sharon工藝不同，該工藝分成在不同反應(yīng)容器當(dāng)中進(jìn)行的兩個處理階段，一是亞硝化階段，通過亞硝化作用將60%左右的氨氮元素轉(zhuǎn)化成亞硝態(tài)氨；二是厭氧氨氧化階段，通過脫氮反應(yīng)把亞硝態(tài)氨生成氨氣（N2）和部分硝態(tài)氮，其化學(xué)方程式為：
Sharon-Anammox聯(lián)合工藝操作步驟十分簡潔，將（1）（2）相加便可得到（3），即用Sharon工藝將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化成硝基氮，再用Anammox工藝通過自養(yǎng)菌將剩余的等量銨根離子和亞硝酸根離子生成氮氣，并不需要額外添加亞硝氮，生成堿性的亞硝態(tài)氨物質(zhì)還可以和來自厭氧水的重碳酸鹽發(fā)生中和反應(yīng)，實現(xiàn)水體及工藝的酸堿平衡。而且不同的反映容器可以給功能菌提供適宜的環(huán)境生長，降低外來物質(zhì)抑制厭氧氨氧化的可能性，并且一定程度上還能減少NO和N2O的排放，降低空氣資源污染的問題。
近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和現(xiàn)代化大城市建設(shè)進(jìn)程的加快，廢水、污水的排放量有增無減，氮磷元素嚴(yán)重超出排放的標(biāo)準(zhǔn)，極大影響了河流湖泊的生態(tài)環(huán)境，傳統(tǒng)單一的污水處理工藝技術(shù)已無法滿足現(xiàn)階段發(fā)展的需求，不僅成本高，還容易對環(huán)境造成二次污染，加大目前環(huán)保的難度。Sharon-Anammox聯(lián)合工藝能夠最大限度減少污水處理過程所需的供氧量，從而整體降低了污水處理的成本和負(fù)擔(dān)，最為關(guān)鍵的是能夠避免了對水資源產(chǎn)生二次的污染。污水處理廠從國外先進(jìn)的發(fā)達(dá)國家中引進(jìn)了先進(jìn)的污水處理組合反應(yīng)器，能夠祛除83%以上的污泥氮含量，但受相關(guān)技術(shù)條件限制，產(chǎn)生的硫化物問題尚未得到妥善的解決和處理。
3.2 CANON工藝
CANON工藝，即全自養(yǎng)脫氨工藝，是亞硝化和厭氧氨氧化工藝的結(jié)合，其化學(xué)反應(yīng)的方程式為：0.85O2+NH3→0.11NO3ˉ+0.44N2+1.43H2O+0.14H+。亞硝化菌是在限氧的條件下，借助共同的構(gòu)筑物體，控制溶解氧的含量及污泥停留時間，借助氧氣消耗，把自養(yǎng)菌的氨氧部分轉(zhuǎn)化成亞硝態(tài)氮，給厭氧氨氧化營造環(huán)境，并與未轉(zhuǎn)成亞硝態(tài)氮的氨氧生成氮氣。整個CANON工藝的反應(yīng)過程是在無機環(huán)境下進(jìn)行的，并不需要進(jìn)行外來碳源、有機物和pH值的控制，是現(xiàn)階段低碳氮比廢水處理中使用最為普遍的一種工藝，處理的效果比較明顯有效，是生活污水實現(xiàn)循環(huán)再利用的有效保障,在畜禽養(yǎng)殖廢水、垃圾滲濾液、污泥消化液和工廠加工中廣泛應(yīng)用。WettB和SchmidM分別采用了SBR、RBC反應(yīng)器處理污水，而后AbmaW對CANON工藝進(jìn)行加工改造，結(jié)合SBR和RBC反應(yīng)器對污水進(jìn)行處理，相對于前面兩種反應(yīng)器而言，CANON工藝采用的反應(yīng)器應(yīng)用更為成熟，處理污水的效果和規(guī)模也更好。
目前，人類的環(huán)保意識已經(jīng)顯著提高，但城市的污水依舊隨著城市建設(shè)的步伐加快而不斷增多，污水處理工作顯得尤為重要。在實際的污水處理中，容易受溫度、污泥停留、氧氣含量等因素的影響及硝酸菌等菌類的干擾，加大了該工藝進(jìn)行污水處理的困難。鑒于此，必須控制硝酸菌的生長、氧氣和亞硝酸鹽含量，以確保CANON工藝的運行安全，此外，還需要通過對該工藝進(jìn)一步的試驗和優(yōu)化、改進(jìn)，方能在生活污水處理上發(fā)揮更大的作用。
3.3 OLAND工藝
現(xiàn)階段比較新型的污水處理工藝即來自國外研發(fā)的OLAND（限氧自養(yǎng)硝化－反硝化）工藝，不用添加COD（化學(xué)需氧量）。其化學(xué)方程式可以表示為：
近年來，廢水排放的總量逐漸增加，2011年，全國廢水排放量為6172562.00萬噸，截至2015年，廢水排放總量就上升至7353226.83萬噸，五年時間，增幅19%以上，污水處理工作迫在眉睫。實際上，污水處理中，垃圾滲透液的成分組成特別復(fù)雜，氨氮、有機物、重金屬、有毒元素等物質(zhì)的濃度和含量都特別高，但是有機碳源卻相對缺乏，污水的整體性能尤為糟糕。而廢水排放總量越大，堆放的時間越久，氨氮濃度就會越高，難以對垃圾滲濾液進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理，加大了垃圾場滲濾液處理的難度。
現(xiàn)階段比較常用的垃圾滲透液處理工藝是硝化－厭氧氨氧化－土壤滲濾的串聯(lián)工藝，OLAND工藝與傳統(tǒng)工藝相比，前景和價值廣，可以節(jié)省至少62%的氧氣和100%的電子供體，亞硝酸菌在低含氧量的條件下，具有比較強的溶氧能力，可以大部分積累亞硝酸。該工藝就是利用亞硝酸菌和硝酸菌飽和常數(shù)的差異性，對亞硝酸菌、硝酸菌優(yōu)勝劣汰后進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)，從而脫除氮生成氮氣，分別為0.2～0.4毫克每升、1.2～1.5毫克每升。在一些高濃度氨和低碳氨比的行業(yè)中，局部亞硝化結(jié)合是此類行業(yè)廢水處理中最為行之有效的處理方法，例如化肥制造業(yè)、制藥行業(yè)等。廢水中50%的氨通過厭氧氨氧化反應(yīng)生成亞硝酸鹽，并通過氨氧化作用形成亞硝酸鹽，能夠?qū)⒖偟钡腿芙庋醯暮科骄畛?/span>87%～97%左右，但是，目前還沒有相關(guān)的機制和措施能夠針對不同重金屬產(chǎn)生的不同抑制作用妥善緩解或者解決垃圾滲透液問題。
3.4 甲烷化與厭氧氨氧化的耦合工藝
該工藝是利用甲烷來消除化學(xué)需氧量（COD），將氮的部分氧化成二氧化氮（NO2），氨根離子（NH4+）作為電子供體，發(fā)生反硝化反應(yīng)，實現(xiàn)厭氧氨氧化和甲烷化的效果。這種耦合工藝主要借助EGSB反應(yīng)器（膨脹顆粒污泥床，第三代厭氧反應(yīng)器），祛除化學(xué)需氧量（COD），效果十分顯著，達(dá)到97%，而二氧化氮的去除率則達(dá)到了100%，完美地實現(xiàn)甲烷化、反硝化和厭氧氨氧化的耦合。
廢水處理并不是一朝一夕就能完成的事情，不僅容易受有機氮、水質(zhì)和水量的影響，溶解氧的濃度也特別高，水質(zhì)的波動性較大。傳統(tǒng)的污水處理工藝在對廢水進(jìn)行處理時，降噪值較低，需要提供額外的堿、有機碳源，能量消耗高，整體成本大，性能也不穩(wěn)定，處理的效果還不盡人意，極大的限制和制約了厭氧氨氧化污水處理工藝的發(fā)展和運用。甲烷化與厭氧氨氧化的耦合工藝是目前廢水處理的一項重要工藝，是經(jīng)過長期的試驗研究得出來的，打破了傳統(tǒng)工藝的不足和缺陷，但是相關(guān)的研發(fā)部門還需要針對該工藝在污水處理方面的不足和缺陷加大研究力度，以有效處理污水。
4、結(jié)束語
厭氧氨氧化作為一種新型污水處理工藝，是國內(nèi)外污水處理工作的重大突破，具有無可比擬的優(yōu)勢和發(fā)展空間。但受各種環(huán)境及其自身因素的局限，在實際研究應(yīng)用中還存在許多問題，應(yīng)對厭氧氨氧化污水處理工藝引起足夠重視，全面、系統(tǒng)的了解，并提出相應(yīng)對策、措施，及時進(jìn)行有效處理。（來源：吉林省河海水環(huán)境科技研發(fā)有限公司）
