介紹2022年最前沿的生物脫氮工藝

介紹2022年最前沿的生物脫氮工藝

目錄

1.序言........................................................................2

2.同步硝化反硝化(SND)脫氮工藝...............................................2

2.1.概述.....................................................................2

2.2.同步硝化反硝化生物脫氮(SND)的概念......................................3

2.3.MBBR生物移動床同步硝化反硝化脫氮機理..................................4

2.4.MBBR同步硝化反硝化的影響因素.........................................4

2.4.1.填料對MBBR法的影響..............................................5

2.4.2.溶解氧(DO)對MBBR法的影響.......................................5

3.短程硝化脫氮(SHARON)工藝...................................................6

3.1.概述...................................................................6

3.2.發(fā)展過程...............................................................7

4.厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝..................................................8

4.1.概述...................................................................8

4.2.主流厭氧氨氧化工藝的研究與應用進展....................................8

4.2.1.前述...............................................................8

4.2.2.厭氧氮氧化技術工藝及反應器.......................................10

4.3.工程應用進展..........................................................11

4.3.1.國外工程應用......................................................11

4.3.2.國內工程應用......................................................14

4.4.主流厭氧氨氧化工藝技術難點...........................................15

4.4.1.厭氧氮氧化工藝的快速啟動.........................................15

4.4.2.AnAOB的富集.....................................................17

4.4.3.厭氧氮氧化工藝的穩(wěn)定運行.........................................18

4.5.結語與展望.............................................................20

5.亞硝酸型硝化一厭氧氨氧化脫氮(SHARON—ANAMMOX)技術.................21

5.1.概述..................................................................21

5.2.短程硝化-厭氧氨氧化工藝(SHARON—ANAMMOX)...................................................21

6.限制自養(yǎng)硝化反硝化(OLAND)工藝...........................................22

7.單級全程自養(yǎng)脫氮(CANON)工藝.............................................23

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1.序言

傳統(tǒng)的生物脫氮工藝基本原理是在二級生物處理過程中，先將有機氮轉化

為氨氮，再通過硝化菌和反硝化菌的作用將氨氮轉化為亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮，最

終通過反硝化作用將硝態(tài)氮轉化為氮氣完成脫氮。因為硝化與反硝化反應的進

行存在相互制約的關系；在有機物大量存在的情況下，自養(yǎng)硝化菌對氧氣和營

養(yǎng)物的競爭力不如好養(yǎng)異養(yǎng)菌，無法占據主導地位；反硝化需要有機物作為電

子供體，但是硝化過程去除了大量的有機物，導致反硝化過程中碳源缺乏，所

以為平衡兩單元的不同需求，發(fā)展出多種生物脫氮方法相結合的工藝。

傳統(tǒng)的生物脫氮工藝主要依靠調整工藝流程來緩解硝化菌反應環(huán)境和反硝

化菌反應環(huán)境之間存在的矛盾。如果硝化反應階段在前，則需要外加電子供體

例如甲醇等物質，提高了運行費用；如果硝化反應階段在后，則需要將硝化廢

水回流，容易產生污泥上浮并且需要提高回流比以獲得更高的去除率。這個矛

盾在處理氨氮濃度較低的市政廢水中尚不明顯，但在處理垃圾滲濾液、畜牧廢

水等高濃度氨氮廢水時，極大的限制了系統(tǒng)脫氮效率。

近年來通過理論研究和實踐創(chuàng)新，人們發(fā)現了一些與傳統(tǒng)生物脫氮理論相

反的生物脫氮方法，如SND①工藝、SHARON工藝、ANAMMOX工藝、

SHARON—ANAMMOX組合工藝、OLAND工藝、CANON工藝。

2.同步硝化反硝化(SND)脫氮工藝

2.1.概述

根據傳統(tǒng)生物脫氮理論，脫氮途徑一般包括硝化和反硝化兩個階段，硝化

和反硝化兩個過程需要在兩個隔離的反應器中進行，或者在時間或空間上造成

交替缺氧和好氧環(huán)境的同一個反應器中。

實際上，較早的時期，在一些沒有明顯的缺氧及厭氧段的活性污泥工藝

中，人們就從多次觀察到氮的非同化損失現象，在曝氣系統(tǒng)中也曾多次觀察到

氮的消失。在這些處理系統(tǒng)中，硝化和反硝化反應往往發(fā)生在同樣的處理條件

及同一處理空間內，因此，這些現象被稱為同步硝化/反硝化(SND)。

①同步硝化反硝化:SimultaneousNitrificationandDenitrification

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對于各種處理工藝中出現的SND現象已有大量的報道，包括生物轉盤、連

續(xù)流反應器以及序批示SBR反應器等等。與傳統(tǒng)硝化一反硝化處理工藝比較，

SND能有效地保持反應器中pH穩(wěn)定，減少或取消堿度的投加；減少傳統(tǒng)反應

器的容積，節(jié)省基建費用；對于僅由一個反應池組成的序批示反應器來講，

SND能夠降低實現硝化一反硝化所需的時間；曝氣量的節(jié)省，能夠進一步降低

能耗。

因此SND系統(tǒng)提供了今后降低投資并簡化生物除氮技術的可能性。

2.2.同步硝化反硝化生物脫氮(SND)的概念

同步硝化反硝化脫氮技術(SND)是在同一個反應器內同時產生硝化、反硝

化和除碳反應。它突破了傳統(tǒng)觀點認為硝化和反硝化不能同時發(fā)生的認識，尤

其是好氧條件下，也可以發(fā)生反硝化反應，使得同步硝化和反硝化成為可能。

硝化過程消耗堿度，反硝化過程產生堿度，SND故能夠有效地保持反應器

中pH值穩(wěn)定，無需酸堿中和，無需外加碳源；節(jié)省反應器體積，縮短反應時

間，通過降低硝態(tài)氮濃度可以減少二沉池污泥漂浮，因而SND成為生物脫氮的

一個研究熱點。對于SND生物脫氮的可行性，目前有以下主要三種從不同角度

出發(fā)得出的觀點：

宏觀環(huán)境角度：該觀點認為完全均勻混合狀態(tài)是不存在的，反應器內DO

分布不均勻能夠形成好氧、缺氧、厭氧區(qū)域，在同一生物反應器缺氧/厭氧環(huán)

境條件下可以發(fā)生反硝化反應，聯(lián)合區(qū)段內好氧環(huán)境中有機物去除和氨氮的硝

化，SND是可以實現的。

微環(huán)境角度：該觀點認為微生物絮體內的缺氧微環(huán)境是形成SND的主要原

因，即由于氧的擴散(傳遞)限制，微生物絮體內存在溶解氧梯度，從而形成有

利于實現同步硝化反硝化的微環(huán)境。

生物學角度：該觀點認為特殊微生物種群的存在被認為是發(fā)生SND的主要

原因，有的硝化細菌除了能夠進行正常的硝化作用還能夠進行反硝化作用，有

荷蘭學者分離出既可進行好氧硝化，又可進行好氧反硝化的泛養(yǎng)硫球菌；還有

一些細菌彼此合作，進行序列反應，把氨轉化為氮氣，為在同一反應器在同一

條件下完成生物脫氮提供了可能。

目前對生物脫氮的微生物學研究和解釋較多，但都不夠完善，對SND現象

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的認識仍在發(fā)展與探索之中。微環(huán)境理論是被普遍接受的，由于溶解氧梯度的

存在，微生物絮體或生物膜的外表面溶解氧濃度高，以好氧硝化菌及氨化菌為

主；深入內部，氧傳遞受阻及外部溶解氧大量的消耗而產生缺氧區(qū)，反硝化菌

為優(yōu)勢菌種，故可導致同步硝化反硝化的發(fā)生。該理論解釋了在同一反應器中

不同菌種共同存在的問題，但也存在一個缺陷，即有機碳源問題。有機碳源既

是異養(yǎng)反硝化的電子供體，又是硝化過程的抑制物質，污水中的有機碳源在穿

過好氧層時，首先被好氧氧化，處于缺氧區(qū)的反硝化菌由于得不到電子供體而

降低了反硝化速率，可能影響SND的脫氮效率，故同步硝化反硝化的機理仍需

要進一步完善。

2.3.MBBR生物移動床同步硝化反硝化脫氮機理

MBBR是結合懸浮生長的活性污泥法和附著生長的生物膜法的高效新型反

應器，基本設計原理是將比重接近水、可懸浮于水中的懸浮填料直接投加到反

應池中作為微生物的活性載體，懸浮填料能與污水頻繁多次接觸，逐漸在填

料表面生長出生物膜（掛膜），強化了污染物、溶解氧和生物膜的傳質效果，即

而MBBR被稱為“移動的生物膜”?；谄馭ND機理研究，綜合微環(huán)境和

生物學理論，MBBR生物膜內SND可能存在的反應模式是，分布于生物膜好氧

層的好氧氨氧化菌、亞硝酸鹽氧化菌和好氧反硝化細菌與分布于生物缺氧層的

厭氧氨氧化菌、自養(yǎng)型亞硝酸細菌和反硝化細菌相互協(xié)作，最終達到脫氮目

的。

MBBR是依靠曝氣池內的曝氣和水流的提升作用使載體處于流化狀態(tài)，進

而形成懸浮生長的活性污泥和附著生長的生物膜，充分發(fā)揮附著相和懸浮相生

物兩者的優(yōu)越性，不僅提供了宏觀和微觀的好氧和厭氧環(huán)境，還解決了自養(yǎng)

硝化菌、異養(yǎng)反硝化菌與異養(yǎng)細菌的D。之爭和碳源之爭。故MBBR可實現硝

化和反硝化兩個過程的動力學平衡，具有同步硝化反硝化非常良好的條件，能

實現MBBR同步硝化反硝化脫氮。

2.4.MBBR同步硝化反硝化的影響因素

實現MBBR同步硝化反硝化的關鍵技術是控制MBBR內硝化和反硝化的

反應動力學平衡，解決自養(yǎng)硝化菌和異養(yǎng)細菌的DO之爭及反硝化菌和異養(yǎng)細

菌的碳源之爭等，故實現其主要控制因素有：碳氮比、溶解氧濃度、溫度和酸

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堿度等。

2.4.1.填料對MBBR法的影響

MBBR法的技術關鍵在于比重接近于水、輕微攪拌下易于隨水自由運動的

生物填料。通常填料由聚乙烯塑料制成，每一個載體的外形為直徑10mm、高

8mm的小圓柱體，圓柱體中有十字支撐，外壁有突出的豎條狀鰭翅，填料中

空部分占整個體積的0.95,即在一個充滿水和填料的容器中，每一個填料中水

占的體積為95%。考慮到填料旋轉以及總容器容積，填料的填充比被定義為載

體所占空間的比例，為了達到最好的混合效果，填料的填充比最大為0.7。理

論上填料總的比表面積是按照每一單位體積生物載體比表面積的數量來定義

的，一般為700m2/n?。當生物膜在載體內部生長時，實際有效利用的比表面

積約為500m2/m3。

此類型的生物填料有利于微生物在填料內側附著生長，形成較穩(wěn)定的生物

膜，并且容易形成流化狀態(tài)。當預處理要求較低或污水中含有大量纖維物質

時，例如在市政污水處理中不采用初沉池或者在處理含有大量纖維的造紙廢水

時，采用比表面積較小、尺寸較大的生物填料，當已有較好的預處理或用于硝

化時，采用比表面積大的生物填料。

2.4.2.溶解氧(DO)對MBBR法的影響

DO濃度是影響同步硝化一反硝化的一個主要的限制因素，通過對DO濃

度的控制，可使生物膜的不同部位形成好氧區(qū)或缺氧區(qū)，這樣便具有了實現同

步硝化一反硝化的物理條件。

從理論上講，當DO質量濃度過于高時，DO能穿透到生物膜內部，使其

內部難以形成缺氧區(qū)，大量的氨氮被氧化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，使得出水TN

仍然很高；反之，如果DO濃度很低，就會造成生物膜內部很大比例的厭氧

區(qū)，生物膜反硝化能力增強(出水硝氮和亞硝氮濃度都很低)，但由于DO供應

不足，MBBR工藝硝化效果下降，使得出水氨氮濃度上升，從而導致出水TN

上升，影響最終的處理效果。

通過研究最終得出了MBBR法處理城市生活污水DO的一個最佳值：當

DO質量濃度在2mg/L以上時，DO對MBBR硝化效果的影響不大，氨氮的去

除率可達97%-99%,出水氨氮都能保持在1.0mg/L以下；DO質量濃度在

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l.Omg/L左右時，氨氮的去除率在84%左右，出水氨氮濃度有明顯上升。另

外，曝氣池內DO也不宜過高，溶解氧過高能夠導致有機污染物分解過快，從

而使微生物缺乏營養(yǎng)，活性污泥易于老化，結構松散。此外，DO過高，過量

耗能，在經濟上也是不適宜的。

因為MBBR法主要是通過懸浮填料來實現最終的污水處理，所以DO對懸

浮填料的影響也是影響整個處理結果的關鍵。有研究表明反應器的充氧能力在

一定范圍內隨著懸浮填料填充率的增大而增大。在曝氣的作用下，水隨填料一

起流化，水流紊動程度較無填料時大，加速了氣液界面的更新和氧的轉移，使

氧的轉移速率提高。隨著填料數量的增多，填料、氣流和水流三者之間的這種

切割作用和紊動作用不斷加強。但加入填料量為60%時，填料在水中的流化效

果變差，水體紊動程度也降低，使得氧的傳遞速率下降，氧的利用率降低。所

以針對不同類型的水質，控制好DO的量對整個工藝最終的處理結果是至關重

要的。

3.短程硝化脫氮(SHARON)工藝

3.1.概述

SHARON(沙龍)工藝反硝化階段電子供體為有機物，電子受體為亞硝酸

根；硝化階段電子供體為氨，電子受體為氧，產物為亞硝酸根，和傳統(tǒng)硝化一

反硝化工藝相比，從亞硝酸根還原到氮氣所需要的電子供體比從硝酸根還原到

氮氣所需要的電子供體要少，這對于C/N比較低的廢水脫氮是很有價值的。

SHARON工藝即短程硝化脫氮工藝，是荷蘭Delft技術大學1997年提出開

發(fā)的新型生物脫氮工藝?；驹硎窃谕粋€反應器內，在有氧的條件下，自

養(yǎng)型亞硝酸菌將NH3—N轉化為NO],然后在缺氧條件下，異養(yǎng)型反硝化菌以

有機物為電子供體，以NO]為電子受體，將NO]轉化為電。其理論基礎是亞硝

酸型硝化反硝化技術，生化反應可用下式表示：

+

NH^+1.5O2=NO2+2H+H2O

+

N02+3[H]+H=0.5N2+2H20

該工藝的關鍵是如何將氨氧控制在亞硝酸階段，并持久維持在較高濃度的

亞硝酸鹽積累。

該工藝使用無需污泥停留的CSTR反應器，在較短的HRT和30?40攝氏

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度的條件下，通過“洗泥”的方式進行種群篩選，產生大量的亞硝酸菌。

SHARON工藝適用于高濃度氨(500mg/L)廢水的處理，尤其適用于具有脫氨要

求的預處理或旁路處理。該工藝與傳統(tǒng)工藝相比可節(jié)省供氧量25%,可節(jié)省反

硝化碳源40%。

3.2.發(fā)展過程

1975年，Voets等發(fā)現了硝化過程中亞硝酸鹽積累的現象，并首次提出了

短程硝化反硝化生物脫氮的概念。1986年Sutherson等證實了其可行性，國內

外研究表明，與傳統(tǒng)的硝化反硝化相比，短程硝化反硝化具有可減少25%左右

的需氧量，降低能耗；節(jié)省反硝化階段所需要的有機碳源，降低了運行費用；

縮短HRT,減少反應器體積和占地面積；降低了污泥產量；硝化產生的酸度可

部分地由反硝化產生的堿度中和。

因此，對許多低C/N比廢水，目前比較有代表性的工藝有亞硝酸菌與固定

化微生物單級生物脫氮工藝，單一反應器通過亞硝酸鹽去除氨氮(SHARON)工

藝。

SHARON工藝是由荷蘭Delft技術大學開發(fā)的一種新型脫氮工藝，其基本

原理是在同一個反應器內，在有氧條件下，利用氨氧化菌將氨氮氧化成亞硝態(tài)

氮，然后在缺氧條件下，以有機物為電子供體，將亞硝態(tài)氮反硝化成電。將氨

氧化控制在亞硝化階段是該工藝的關鍵。

SHARON工藝的成功在于：

(1)利用了溫度這一重要因素，提高了亞硝酸細菌的競爭能力；

(2)利用完全混合反應器在無污泥回流條件下污泥停留時間(SRT)與水力停

留時間(HRT)的同一性，控制HRT大于亞硝酸細菌的世代時間，小于硝酸細菌

的世代時間，實現硝酸細菌的“淘洗”，使反應器內主要為亞硝酸細菌；

(3)控制較高的pH值，不僅抑制了硝酸細菌，也消除了游離亞硝酸(FNA)

對亞硝酸細菌的抑制。

1998年在荷蘭已有此類污水處理廠投入運行。

盡管SHARON工藝按有氧/缺氧的間歇運行方式取得了較好的效果，但不

能保證出水氨氮的濃度很低。該工藝更適于對較高濃度的含氨氮廢水的預處理

或旁路處理。

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4.厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝

4.1.概述

ANAMMOX工藝是荷蘭Delft大學1990年提出的一種新型脫氮工藝。在厭

氧條件下，微生物以NH3—N為電子供體，NO]為電子受體，把NH3—N、NO]

轉化為電的過程。其生化反應可由下式表示：

+

5NH^+3NO3=4N2+9H2O+2H

NHt+NO2=N2+2H2O

厭氧氨氧化過程中起作用的微生物是ANAMMOX菌。該菌是專性厭氧化學

無機自養(yǎng)細菌，生長十分緩慢，在實驗室的條件下世代期為2?3周，厭氧氨

氧化過程的生物產量很低，相應污泥產量也很低。

ANAMMOX工藝的影響因素主要集中在系統(tǒng)環(huán)境對ANAMMOX菌的抑制。

主要影響因素包括反應器的生物量、基質濃度、pH值、溫度、水力停留時間

和固體停留時間等。

該工藝相比傳統(tǒng)的脫氮過程，耗氧下降62.5%,不需要外加碳源，節(jié)約成

本，不需調節(jié)pH值降低運行費用。但是也存在不足：工藝還沒有實現實用化

和長期穩(wěn)定運行，ANAMMOX菌生長緩慢，啟動時間長，為保持反應器內足夠

多的生物量，需要有效的截留污泥等。

4.2.主流厭氧氨氧化工藝的研究與應用進展

4.2.1.前述

生物脫氮技術被廣泛用于廢水中氮的去除，在傳統(tǒng)生物脫氮技術中，氨氮

首先被嚴格好氧的氨氧化細菌(ammonia-oxidizingbacteria,AOB)和亞硝酸鹽

氧化菌(nitriteoxidizingbacteria,NOB)氧化為亞硝態(tài)氮(NO]-N)和硝態(tài)氮

(NO1—N),之后異養(yǎng)菌(heterotrophicbacteria,HB)利用有機物提供的電子將

硝酸鹽還原為氮氣。此過程不僅需要消耗大量能量為硝化反應提供氧氣，且常

常需要額外補充有機物保證反硝化脫氮的進行。厭氧氨氧化技術(anammox)是

20世紀90年代由荷蘭代爾夫特大學開發(fā)的一種新型自養(yǎng)生物脫氮工藝，與傳

統(tǒng)脫氮技術相比，自養(yǎng)型厭氧氨氧化工藝被認為是一種更高效、節(jié)能的廢水處

理方法，其在厭氧或缺氧條件下以NO5—N為電子受體，利用厭氧氨氧化細菌

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(anaerobicammoniaoxidationbacteria,AnAOB)將氨氮直接氧化為氮氣。在節(jié)

約了硝化反應曝氣能源的基礎上，還無需外加碳源，且由于AnAOB屬自養(yǎng)型

微生物，生長緩慢，因此，可大大減少工藝的污泥產量。

由于厭氧氨氧化技術在污水廠節(jié)能降耗、綠色環(huán)保方面表現出來的顯著優(yōu)

勢，過去二十年里，國內外研究者對其展開了大量研究。截至2021年3月，

根據WebofScience數據統(tǒng)計，全球已發(fā)表厭氧氨氧化相關科技論文4403篇，

其中，中國是全球發(fā)表厭氧氨氧化相關文章最多的國家(共計2054篇，占

46.6%)。論文研究方向涉及環(huán)境微生物學、水資源、生態(tài)學等83個方向，具

體可細分為：

(1)研究抑制厭氧氨氧化效果的物質及其濃度，如氨氮、NO5—N、有機

物、鹽、重金屬、磷酸鹽和硫化物等對厭氧氨氧化過程的抑制作用影響；

(2)研究自養(yǎng)生物脫氮系統(tǒng)中涉及的主要微生物，如AOB、NOB、

AnAOB,HB及其相互作用；

(3)研究控制NOB生長的方法及對應的運行參數，如改變缺氧/好氧狀態(tài)、

維持高氨氮濃度、利用底物如游離亞硝酸(FNA)的抑制作用、控制曝氣時間

等；

(4)研究不同的厭氧氨氧化工藝、反應器和污泥存在形態(tài)(懸浮污泥，生物

膜)對處理效果的影響；

(5)研究維持AnAOB生物量的方法。

基于以上多方面的研究工作，厭氧氨氧化技術日益成熟，且被廣泛應用于

工業(yè)廢水、垃圾滲濾液、沼液等高含氮廢水生物處理過程中，據統(tǒng)計，全球已

有超過110座生產性厭氧氨氧化工程，但其中絕大部分用于市政污水的側流處

理。將厭氧氨氧化技術引入市政污水主流工藝應用，不僅可通過耦合碳濃縮預

處理實現污水能量回收最大化，而且可顯著減少外加碳源量，從而有效降低污

水的脫氮運行成本。由于生活污水與工業(yè)廢水、垃圾滲濾液、沼液等高含氮廢

水在水質、水溫、水量等方面的差異，厭氧氨氧化工藝在污水處理主流工藝應

用上面臨很多技術瓶頸。在日益重視污水資源化、能源化發(fā)展的今天，這種綠

色低碳且可持續(xù)的脫氮工藝受到越來越多關注和研究，主流厭氧氨氧化工藝的

工程應用也取得很大的進步，下文基于現有研究和應用成果，對該工藝基本情

況、工程應用進展和主流工藝應用面臨的技術難點展開論述。

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4.2.2.厭氧氨氧化技術工藝及反應器

4.2.2.1.工藝類型

污水的厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮過程一般包括兩個階段：

(1)有氧條件下，約一半的氨氮轉化為NO]—N的部分硝化

(partialnitritation,PN)反應階段，反應方程式如式(1)；

⑵缺氧/厭氧條件下，AnAOB以第一階段產生的NO]一N為電子受體，將

89%左右的氨氮氧化為氮氣、剩下的氨氮氧化為NO1-N的厭氧氨氧化反應階

段，反應方程式如式(2)。

0.57NH；+L14UCOI+0.85502->

0.57NO；+L14CO2+1.71H2O(1)

NH；+L32NO；+0.116H*+0.066HCO；-*

0.26N07+1.02505N7+2025H70+

0.066CH2Oa5Nai5(2)

基于自養(yǎng)脫氮的兩個反應階段，目前，厭氧氨氧化工藝可以分為兩段式和

一體式兩種，分別是指在兩個單獨的反應器和在同一個反應器中進行PN和厭

氧氨氧化反應。在一體式系統(tǒng)中，兩個反應階段都在一個反應器中進行，兩種

功能細菌(AOB和AnAOB)并存，因此，需要嚴格控制曝氣，且由于多種微生物

種群共存，其反應器啟動時間較長，易受負荷沖擊影響，導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。但

一體式系統(tǒng)具有建設成本低、占地面積小、體積負荷大、可有效避免亞硝酸鹽

積聚引起的抑制作用等優(yōu)點，因此，工程應用更廣泛。

與一體式系統(tǒng)相比，兩段式系統(tǒng)的反應器可以獨立調節(jié)和控制，更加靈活

穩(wěn)定。將自養(yǎng)脫氮的兩個反應階段分離，不僅可以優(yōu)化富集AOB和AnAOB,

而且可以通過PN段消除一些有毒有機污染物，避免有毒物質和有機物直接進

入后續(xù)的厭氧氨氧化反應器中。但兩段式系統(tǒng)投資成本更高，且由于PN段形

成的NO5-N容易積聚，產生游離亞硝酸抑制作用，系統(tǒng)需匹配PN和厭氧氨

氧化兩反應階段的反應速率，系統(tǒng)設計更為復雜。

目前，在組合PN和厭氧氨氧化反應的基礎上，已開發(fā)出多種工藝，包括

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兩段式的SHARON-Anammox工藝、一體式的亞硝酸鹽完全自養(yǎng)脫氮工藝

(CANON)、脫氨工藝(DEMON)、限氧自養(yǎng)硝化反硝化工藝(OLAND),以及同步

亞硝化、厭氧氨氧化和反硝化工藝(SNAD)等。在厭氧氨氧化發(fā)展的早期階段，

研究和應用主要以SHARON-Anammox工藝為主，該工藝對高氨氮、低亞硝酸

鹽污水有較好的處理效果。到2001年，可自發(fā)形成厭氧氨氧化顆粒污泥的

CANON工藝問世，并迅速受到廣泛歡迎，該工藝中氨氮在AOB和AnAOB的

共同作用下完成轉化，可用于處理有機質含量低的污水，是目前全世界研究應

用最多的厭氧氨氧化工藝。與CANON工藝相似的OLAND工藝也逐漸受到關

注，該工藝采用生物轉盤系統(tǒng)且運行過程要求嚴格控制曝氣，因此，在實際工

程中比較少見，但在未來有望得到更廣泛的應用。此外，以控制pH、使用水

力旋流器分離AnAOB為特點的DEMON工藝也受到普遍歡迎，已有超過30個

污水處理廠采用該工藝。

4.2.2.2.反應器應用

厭氧氨氧化工藝中，反應器的選擇必須滿足自養(yǎng)型微生物長世代周期和污

泥截留的需要?；谝陨弦螅こ虘弥谐２捎眯蚺椒磻?SBR)、序批

式生物膜反應器(SBBR)、移動床生物膜反應器(MBBR)、上流式厭氧污泥床反

應器(UASB)和厭氧膨脹顆粒床反應器(EGSB)等。其中，SBR是厭氧氨氧化工藝

中應用最廣泛的反應器，典型的一體式DEMON工藝就是采用SBR運行。此

外，生物膜反應器也非常適合厭氧氨氧化工藝，在生物膜反應器中，氧氣可以

被膜外層的AOB消耗，而膜內部形成的缺氧區(qū)域有利于AnAOB生長。配備

40%?50%的載體、攪拌器和曝氣設施的MBBR目前已在德國、瑞典等國家廣

泛應用。

4.3.工程應用進展

4.3.1.國外工程應用

從20世紀90年代在荷蘭問世至今，厭氧氨氧化水處理技術不斷取得突

破，實際工程應用也在全球范圍內迅速發(fā)展。如表1所示，處理對象已由工業(yè)

廢水、污泥脫水液、垃圾滲濾液等高含氮廢水發(fā)展到市政污水處理等領域。

2002年，荷蘭鹿特丹Dokhaven市政污水處理廠采用兩段式SHARON-

Anammox工藝處理該廠污泥消化液，建設了全球第一座生產性厭氧氨氧化反

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應器。之后，瑞典馬爾默Sjlunda廢水處理廠采用ANITATM-Mox工藝處理污

泥脫水液，荷蘭Apeldoorn采用DEMON工藝對厭氧消化液進行處理，美國

Alex-andria的污水處理廠等采用厭氧氨氧化作為污水處理側流工藝。

表1國外厭氧氮氧化技術在不同廢水中的應用案例

姓象ttftetM

結國由坂填埋場港罐液處局廠?叫垃B港城液-I.2M1994年

荷主?梅丹73+?所卜污泥姓Jf拈E污泥消化液5ll\R(>N?KnaB??4*9.92002年

德國11a行小處JT廠網污,水波-Q.3-0U2002年

5!地同5.石木蚣Jt/T同DEMON0L72003年

荷蘭UCHECM.%制革ra后水處兄廠后嵬脫木斌-1.02004年

向=]?污水也f廠1”)方能脫木液C*XON1.22006年

荷jlletpn叩Z??.丁木軟雁廠〔叫r*廢水漪化流VwMialjr(NAS?)0.262010年

荷蘭方龍■水凌DEMON0.412010年

為曲木蒸VSITATM-Wa1.22010年

具地料7rA花水廠I叼由政行水IKMON--

*加城*?污木廠01出故苗水PN&Vnanna0.122011年

除女mikK寫水廠出依后不DEMON-20”學

ftt10-招水廠口)他收布小PX&An^snaaaa(m-a223笫”4―力16年

研究發(fā)現，AnAOB廣泛存在于自然界中，因此，如何將厭氧氨氧化工藝由

側流工藝轉為主流脫氮工藝逐漸成為全球厭氧氨氧化技術研究發(fā)展的重點。奧

地利Strass污水廠為厭氧氨氧化的主流工藝應用拉開了帷幕，成為全球首個在

主流工藝上實踐厭氧氨氧化的污水處理廠。該廠主體采用AB工藝(圖1),A段

污泥停留時間(SRT)較短(V0.5d),以保證進水有機物最大程度地進入污泥消化

系統(tǒng)用于產沼氣；B段停留時間較長，以去除大部分的氮。該廠于2004年首

先在側流工藝中引入厭氧氨氧化DEMON工藝，用于處理高氮負荷的污泥消化

液和脫水液，該工藝含有結合硝化和厭氧氨氧化過程的SBR,并通過控制低溶

解氧和維持長SRT(30d),成功抑制了亞硝酸鹽進一步氧化。隨后，該廠進一

步采用DEMON工藝進行主流工藝B段升級改造，并通過將側流工藝穩(wěn)定富集

的AnAOB向主流工藝補給，以及主流工藝系統(tǒng)中污泥顆粒化的形成，其總氮

年去除率高于80%,在實現出水TN<5mg/L,氨氮<1.5mg/L的同時，該廠

還因實現完全能源自給和產能盈余聞名世界。

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山水

石泥網面

為余打泥

污水

弼余1涅

圖1奧地利Strass污水廠工藝流程圖

新加坡樟宜污水處理廠實現了世界首例無需側流工藝接種的主流自養(yǎng)氨氧

化工程。該廠處理城市污水達80萬t/d,采用分段進水活性污泥工藝(SFAS),

其工藝流程如圖2所示。

陽例

圖2新加坡樟宜污水廠工藝流程圖

來自初沉池的污水被均勻分配到5個缺氧/好氧池(體積比為1:1),每個缺

氧池又被分為4格；缺氧、好氧區(qū)的SRT各2.5d,水力停留時間(HRT)為5.7h

左右，二沉池污泥以50%回流比返回至第一個缺氧池。Cao等對該廠總氮去除

途徑進行研究，發(fā)現37.5%的總氮通過自養(yǎng)脫氮途徑去除，27.1%的總氮通過

傳統(tǒng)生物脫氮途徑去除，剩下的氮則隨出水和污泥流出。該廠是迄今為止全球

第一座穩(wěn)定運行主流厭氧氨氧化的污水處理廠，且實現了在不外加碳源的條件

下市政污水的高效生物脫氮，有學者認為，樟宜污水廠的穩(wěn)定運行得益于新加

坡得天獨厚的水溫條件(28?32C),因為溫度對AOB、NOB和AnAOB活性有

顯著影響。研究報道，隨著溫度降低至20℃,AOB活性將高于NOB活性；當

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水溫低于15c時，AnAOB活性出現明顯下降，AOB變得比AnAOB更活躍，

此時，AOB生成的亞硝酸鹽和NOB、AnAOB消耗的亞硝酸鹽之間的不平衡將

造成系統(tǒng)中亞硝酸鹽明顯的積累，從而對厭氧氨氧化過程造成明顯抑制。因

此，關于低溫條件下的厭氧氨氧化穩(wěn)定運行還有很大的研究空間。

4.3.2.國內工程應用

據不完全統(tǒng)計，目前國內有超過8座的生產性厭氧氨氧化污水處理廠（表

2）,其中，不少由荷蘭帕克公司參與設計建造。在通遼市梅花工業(yè)園區(qū)，帕克

公司于2009年建了世界上最大的自養(yǎng)脫氮反應器，設計脫氮能力達1.1萬

kgN/d,采用一體式的CANON工藝處理谷氨酸鈉（味精）生產中的廢水。此外，

山東湘瑞藥業(yè)有限公司采用4300m3的厭氧氨氧化反應器處理玉米淀粉和味精

生產相關的廢水，設計氨氮負荷達1.42kgN/（n??⑴。山東省濱州市安琪酵母

公司引進帕克公司的厭氧氨氧化工藝技術處理高氨氮工業(yè)廢水，該項目是厭氧

氨氧化技術在酵母廢水處理領域的首次工程應用，與該公司原A0工藝相比，

厭氧氨氧化反應器在大大節(jié)省占地的基礎上，實現了2.0kgN/（n?的高氨

氮負荷穩(wěn)定運行，這也是厭氧氨氧化反應器目前可承受的最大污泥負荷，其工

業(yè)規(guī)模遠高于傳統(tǒng)工藝。這些厭氧氨氧化項目的成功實施大大加速了厭氧氨氧

化工藝在國內污水處理中的應用。

表2國內厭氧氨氧化工程應用案例

TW處鹿甘熟脫氯負荷/?dL]建設時網

臺將均坡滲雄液處用（川垃圾港糠液384-20)6年

安跳解母公m污水處理（可解母廿廢水S002.002009年

用花工曼園污水處理1期味精生產宸水66001.672009年

梅花丁曼園割水處理n期味精4,廢水41001202010年

山東浦班丹業(yè)布果公司西水處用玉米淀汾陽味精生產廢水43001.422011年

沂?五家臾「業(yè)園K污水處帛網以精度水5400I.9S2011年

湖北?堰西部垃城海淀液處N網設坂海淀液--20IS年

北京密碑店污水處理廠污泥消化液---

除引進國外技術，國內一些研究團隊正積極進行自主創(chuàng)新和技術實踐，將

厭氧氨氧化污水處理技術的實驗室研究逐漸轉移到大型污水處理廠中。浙江大

學厭氧氨氧化研究團隊已成功在浙江建設了兩個生產性厭氧氨氧化污水處理

r,分別處理義烏市的味精廢水（60n?）和浙江省東陽市的制藥廢水

北京工業(yè)大學的彭永臻老師團隊也展開了對基于厭氧氨氧化工藝的城市污水廠

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實現能量自給的可行性研究。隨著研究的不斷發(fā)展，2015年湖北十堰垃圾填

埋場滲濾液處理廠采用兩段式工藝，將兩級UASB、厭氧氨氧化、膜生物反應

器和反滲透（MBR/RO）處理工藝相結合，設計處理量為150m3/d,COD控制在

100mg/L,TN控制在40mg/L,氨氮控制在25mg/L,成為國內第一個使用厭

氧氨氧化處理垃圾滲濾液，并解決垃圾滲濾液低碳氮比問題的項目。

除了將厭氧氨氧化技術用于工業(yè)廢水和污水處理側流工藝，我國在厭氧氨

氧化主流工藝應用上也邁出了第一步。西安市第四污水處理廠在原有缺氧/厭

氧/好氧（倒置AAO）工藝上（圖3）,通過在缺氧及厭氧池投加填料并延長HRT,

利用攪拌+曝氣實現填料流化，將工藝改造為反硝化/厭氧氨氧化工藝，該廠進

水氨氮為20.3?40.8mg/L,COD/TN為1.2?7.9,全年水溫為10.7?25.2C。在

連續(xù)運行的近兩年時間里，出水水質不僅成功由一級B標準提升為一級A標

準，且出水總氮顯著低于其他工藝，其中，厭氧氨氧化工藝占全廠脫氮份額的

15.9%左右。該廠是目前全球第3個實現主流厭氧氨氧化工藝的污水處理廠，

且全球已有超過5座污水廠正在嘗試實踐主流厭氧氨氧化。該廠的實踐表明，

盡管厭氧氨氧化主流工藝應用仍存在一些技術難題，但仍可預見將會有更多污

水處理廠將其作為主流處理工藝試驗推廣。

出水

圖例[污泥回流

-------污水

-------污泥

圖3西安第四污水廠工藝流程圖

4.4.主流厭氧氨氧化工藝技術難點

盡管目前厭氧氨氧化工藝在國內外已有不少工程應用案例，但與側流工藝

應用不同，主流厭氧氨氧化工藝應用中面臨著市政污水氮濃度低、有機物濃度

高、冬季水溫低等技術難點，導致其在推廣和實踐上仍存在一定的局限性。下

面針對主流厭氧氨氧化工藝應用中出現的AnAOB生長緩慢、難富集和工藝運

行不穩(wěn)定等主要問題及其研究進展展開論述。

4.4.1.厭氧氨氧化工藝的快速啟動

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目前已知AnAOB廣泛分布于海洋沉積物、油田、河口沉積物、厭氧海洋

盆地、紅樹林地區(qū)、海洋冰塊、淡水湖、稻田土壤、湖港區(qū)以及海底熱泉等自

然環(huán)境中。已明確命名的AnAOB有6類屬，超過23類種。此外，也有一些文

獻相繼報道了6類屬之外一些未知的菌屬。

反應器中AnAOB的生長和富集是實現厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮的基本前提，

然而，AnAOB屬于自養(yǎng)型微生物，在自然環(huán)境條件下，其生長速率緩慢，倍增

時間較長，難以進行快速增殖，同時，其對生長環(huán)境(如溫度、溶解氧、pH等)

的要求近乎苛刻，導致厭氧氨氧化工藝的啟動要比傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝慢，

限制了其在污水處理中的工程應用。在荷蘭鹿特丹的世界第一座生產性厭氧氨

氧化污水廠中，由于AnAOB生長速度緩慢且當時缺乏菌種污泥，原本計劃兩

年啟動反應器，但啟動過程中出現亞硝酸鹽抑制和硫化物抑制等問題，實際用

73~5年才完成啟動工作。第一個采用DEMON工藝的奧地利Strass污水廠也

花了2.5年左右才完成厭氧氨氧化啟動。為加快啟動時間，研究人員對不同接

種種泥、不同反應器類型、不同載體中厭氧氨氧化工藝的啟動效果展開了大量

研究。Wett等在Glarnerland污水處理廠啟動中，通過接種現有厭氧氨氧化工

藝種泥，將其啟動時間縮短到50d。Christensson等為減少新反應器的啟動時

間，采用MBBR開發(fā)了一種ANITAMox工藝，其原理是在啟動新反應器時，投

加3%?15%已經形成了AnAOB生物膜的載體，剩下的則加入新載體材料。為

了驗證這一工藝的可行性，2010年瑞典馬爾默的Sjlunda污水廠首次采用這種

方法，在4個月內完成了厭氧氨氧化反應器啟動，氨氮去除率達90%,且系統(tǒng)

運行非常穩(wěn)定；之后在瑞典的Sundets污水處理廠再次驗證了這種啟動方式的

可行性，該廠在2個月內便實現了滿負荷生產。此外，一些研究者通過將微生

物固定在聚乙烯醇(PVA)-海藻酸鈉(SA)凝膠中，實現了上升流塔式反應器中厭

氧氨氧化工藝的快速啟動；也有研究發(fā)現，AnAOB的生長嚴重依賴含鐵蛋白，

鐵鹽的添加有利于促進AnAOB的生長富集，當添力口0.09mmol的Fe2+時，厭

氧氨氧化啟動由70d縮短至50d。還有一些研究結果表明，AnAOB的最大生

長速率并非受其細胞內在特性限制，而與細胞培養(yǎng)條件有關，當對AnAOB施

加適宜的培養(yǎng)條件時，其生長速率可以顯著提高，部分AnAOB細胞倍增時間

可縮短至2?5d。這些研究成果為厭氧氨氧化工藝的快速啟動運行和推廣奠定

了理論基礎，但在實際應用中，AnAOB的快速生長與污水的pH、溫度、亞硝

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酸鹽濃度、溶解氧、SRT、有機物濃度、鹽度等因素緊密相關。止匕外，污水的

組成、有毒化合物的存在和反應器的類型等因素也會影響AnAOB的活動，并

改變其群落結構。盡管目前實驗室已提出了一些縮短厭氧氨氧化反應器啟動時

間的方法，但未來仍需工程實踐來進一步驗證這些方法的可行性。

4.4.2.AnAOB的富集

AnAOB的富集方法可大致分為兩大類。一類是通過將懸浮態(tài)的活性污泥固

定，形成生物膜或顆粒污泥，實現AnAOB的截留，由于細菌種群的緩慢生

長，保持厭氧菌生物量對于厭氧氨氧化工藝的穩(wěn)定運行至關重要。Jia等研究發(fā)

現，在反應器內投加載體材料形成生物膜，或通過培養(yǎng)形成顆粒污泥的方法可

有效避免AnAOB的流失。目前，已有多種載體材料被用于AnAOB的富集。

Ferndndez等用沸石顆粒作為載體材料，發(fā)現帶負電荷的沸石能夠吸引并聚集

帶正電荷的鏤離子，沸石的投加可提高反應器內AnAOB的富集度，隨出水流

失的生物質量顯著降低。Miao等用聚乙烯海綿作載體材料處理滲濾液，發(fā)現基

于該載體的處理工藝能實現很高的脫氮效率，形成的生物膜使AnAOB的基因

比例從1.3%增加到13.3%。此外，由緊密的微生物聚集體組成的顆粒污泥不

僅具有較高的沉降速度，而且可以避免生物量隨出水流失，形成的厭氧氨氧化

顆粒污泥具有較高的沉降速度、較高的脫氮率、較低的基礎設施成本的顯著優(yōu)

勢。為了優(yōu)化實際工程應用效果，涌現出大量關于厭氧氨氧化顆粒污泥的研

究。Tang等認為，選擇合適的接種污泥，同時增加進水氮負荷可以有效提高

顆粒污泥的形成速率，從而提高反應器的脫氮性能。但顆粒污泥的實際應用也

存在一些局限性，Chen等研究表明，這種厭氧菌顆粒浮選和后續(xù)的沖洗過程

會破壞厭氧氨氧化工藝的穩(wěn)定運行。止匕外，顆粒污泥的尺寸大小也會影響厭氧

氨氧化反應的進行，過大的顆粒污泥會影響基質的擴散和反應速率，反而抑制

了AnAOB的活性。An等研究了不同大小(0,5?1,0、1,0?1.5、＞1.5mm)的顆粒

污泥的物理性質和反應性能，結果表明，1.0?1.5mm的顆粒污泥AnAOB活性

最高，3種尺寸的顆粒污泥的氮負荷分別為0.55、0.62、0.52gN/(gVSS?d)o

另一類AnAOB富集的方法是利用NOB、HB和AnAOB之間的競爭關系，

保證AnAOB在體系中成為優(yōu)勢菌屬，三者之間的關系如圖4所示。目前，已

發(fā)現可通過減少SRT、降低pH、控制曝氣時間降低DO等方法來調控NOB和

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HB的生長，以增加體系中AnAOB的生物量。這些方法可分為兩大途徑：（1）

通過調控工況促進AOB和AnAOB的生長活性，并通過調控NO]—N和NO]—N

濃度，在降低HB的同時抑制NOB的生長；（2）從系統(tǒng)中清除NOB（N。]—N-

NO]—N）和HB,同時保留AOB（NH：-NfNO]—N）和AnAOB。但由于這些方法

要求特殊的生長條件，如低pH值和較高水溫，或是只適用于間歇曝氣的反應

器中（嚴格控制曝氣時間），甚至可能會降低AOB活性（如較低DO）,因此，這

類富集方法還不能廣泛在全規(guī)模污水廠中采用。

COD一

圖4脫氮關鍵功能微生物相互關系示意圖

進水有機物的濃度也會對AOB和AnAOB的生長造成顯著影響。由表3可

知，厭氧氨氧化工藝適用于處理進水C/N較低的廢水，因為在高有機物濃度條

件下，HB會與自養(yǎng)的AOB和AnAOB競爭底物（DO和N0￡—N）和生存空間，

不利于自養(yǎng)脫氮過程。Chen等發(fā)現，當進水C/N從0.5:1增加到0.75:1時，

硝化/厭氧氨氧化工藝的脫氮效率從79%降低到52%。但對主流厭氧氨氧化工

藝的應用來說，實際市政污水的進水有機物含量（一般C/N為4:1?12:1）遠遠高

于自養(yǎng)微生物生長所需的有機物含量。因此，一些研究者提出，可在PN/厭氧

氨氧化工藝之前進行脫碳預處理（如進行消化產能等），以降低進入厭氧氨氧化

工藝中的有機物含量。但關于脫碳預處理工藝的實際應用和控制條件等仍需要

進行實踐研究。

反應罟處理對象容積/I.偎氨比去除率

垃圾津港液11.518331.95：199.5%（氨氮）

UMS附）養(yǎng)豬廢水4.91070.88：］85%（總氮）

生活污水42630.4：165.6%（息氮）

UASB⑸詞人工配水101850.5:195.7%（氨氮）

IFAS⑸合成污水8-1.2：172%（總氮）

注1：UMSR為上流式微需氧污泥反應器IFAS為一體式固定膜活性污泥反應器

表3厭氧氨氧化技術應用中最佳進水碳氮比

4.4.3.厭氧氨氧化工藝的穩(wěn)定運行

第18頁共24頁

4.4.3.1.穩(wěn)定NO]—N供應

NO5—N和氨氮是厭氧氨氧化反應的底物，由于氨氮是污水中含氮化合物

的主要存在形式，因此，穩(wěn)定地為厭氧氨氧化反應提供NO2一成為了污水自養(yǎng)

脫氮工藝的關鍵。污水中NO5—N有兩個形成途徑：其一是通過將氨氮氧化為

NO]一的亞硝化過程產生(NHj-N-NO]—N)；其二是通過將NO]還原為N02-

的部分反硝化過程產生(NO]—N-NO]—N)。后者可同時實現NO]—N的去除

和NO5—N的供應，且相較于完全反硝化過程，部分反硝化過程還可減少N2O

等溫室氣體的排放以及減少40%左右的碳源投加量，大幅節(jié)省運營成本。因

此，作為一種綠色經濟有效的主流脫氮工藝替代方式，基于部分反硝化/厭氧

氨氧化的工藝得到了全球研究者的廣泛關注。

盡管NO?一是厭氧氨氧化過程的重要底物，但過量的NO?一累積在厭氧氨

氧化系統(tǒng)內時會對AnAOB有毒害作用。不同來源的AnAOB以及不同污水處理

系統(tǒng)中NO]的抑制濃度不同(表4)。此外，試驗發(fā)現，反應器中氨氮的存在與

否也會顯著影響NO]對AnAOB的毒害作用。在氨氮存在的條件下，抑制50%

的AnAOB活性需要384mg/L的N0±-N。但在無氨氮的條件下，質量濃度為

53mg/L的NO]—N就能降低AnAOB一半的活性。

表3亞硝酸鹽對厭氧氨氧化性能的影響

AnAOB種泥來源反應器亞硝酸計/(mg]”)彩剪效果

菌為主的厭氧家氧化污泥血清瓶400活性抑制切

實驗室反應器SBR81生物礪舌性降低50a【切

UASB83

MBBR反應器由酒瓶52活性抻制大于35%〔可

厭氧冢氧化生物聯(lián)SBK<240無抑制(到

UASB反應器中的厭氧棘粒污泥UBF380脫氮量艮著降低9)

從MBBR提取的生物膜我體1.2L反應器100活性抑制26%⑷)

160活性抑制100%

4.4.3.2.低溫運行

AnAOB的最適生長溫度為30?40℃,如何在低溫(10?16℃)條件下實現厭

氧氨氧化工藝的穩(wěn)定運行是厭氧氨氧化技術主流工藝應用和推廣的瓶頸之一。

盡管已有一些實驗室研究報道厭氧氨氧化工藝在低溫下也可取得較好的脫氮效

果，但由于AnAOB在低溫下的低活性、低生長速率，以及市政污水水溫的季

節(jié)性波動，主流工藝應用中可能還需要延長生物膜SRT來保證反應器內有足夠

量的AnAOBo

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4.4.3.3.主流工藝應用

目前，全球范圍內正在積極展開對主流厭氧氨氧化工藝的試點和工程化研

究，但還沒有能長期穩(wěn)定運行的成熟主流厭氧氨氧化技術。因此，為了推進主

流工藝應用的進程，一些研究者提出，可以通過將側流工藝中的優(yōu)勢微生物接

種至主流工藝中，增強主流工藝系統(tǒng)中有益的微生物群落(如AOB和

AnAOB),從而加速反應器的啟動和穩(wěn)定運行。此外，在線監(jiān)測和智能化控制

也是保障主流厭氧氨氧化工藝穩(wěn)定運行的關鍵，系統(tǒng)的穩(wěn)定運行必須依靠在線

傳感器對NH：N、NOj—N.NO]—N、pH和DO含量的及時測定和調控。

4.5.結語與展望

盡管目前厭氧氨氧化技術的主流工藝應用技術還不十分成熟，但經過幾十

年的發(fā)展，厭氧氨氧化技術工程應用已遍布全球，近幾年國內對厭氧氨氧化的

研究和工程應用也取得了很大的進展和突破。鑒于市政污水處理廠主流工藝應

用與側流工藝應用在水質、水溫、處理規(guī)模等方面的差異，針對主流厭氧氨氧

化工藝面臨的工藝啟動較慢、AnAOB富集、硝酸鹽濃度控制困難、冬季水溫低

等技術難點，現有研究已發(fā)現，可通過接種現有厭氧氨氧化工藝種泥、形成生

物膜或顆粒污泥、調控微生物種群、組合其他工藝等方法破解以上難題。面對

巨大的污水處理市場，預計我國將在不久的將來成為厭氧氨氧化技術應用的主

要市場，未來的研究在優(yōu)化操作條件和開發(fā)智能化控制系統(tǒng)的同時，還可在以

下幾方面作進一步研究。

(1)一體式厭氧氨氧化工藝由于具有較低的建設和運營成本，在實際應用中

受到歡迎，未來可針對一體式厭氧氨氧化系統(tǒng)過程控制和工藝操作參數優(yōu)化做

進一步研究，在保障穩(wěn)定運行的同時，還應強化控制&0的排放。

(2)盡管實驗室研究已經證明厭氧氨氧化工藝適用于處理各類廢水，但在實

際工程應用中，面對污水復雜的組成成分，厭氧氨氧化工藝的成功穩(wěn)定運行仍

面臨巨大的技術難題。例如，目前尚未對抗生素、各種藥物和酚等與厭氧氨氧

化系統(tǒng)的相容性進行充分的研究，未來應擴大各種新興污染物對厭氧氨氧化工

藝影響及機理的研究。

(3)將厭氧氨氧化工藝由側流工藝轉向主流工藝應用已經成為全球厭氧氨氧

化技術發(fā)展的趨勢，但主流工藝應用仍面臨著啟動緩慢、市政污水有機物濃度

第20頁共24頁

高、低溫與低氮條件難運行等問題，除解決這些問題，未來還應加強厭氧氨氧

化工藝生物除磷效果和機理的研究。

5.亞硝酸型硝化一厭氧氨氧化脫氮(SHARON—ANAMMOX)

技術

5.1.概述

SHARON工藝可以通過控制溫度、水力停留時間、pH等條件，使氨氧化

控制在亞硝化階段。目前盡管SHARON工藝以好氧/厭氧的間歇運行方式處理

富氨廢水取得了較好的效果，但由于在反硝化期需要消耗有機碳源，并且出水

濃度相對較高，因此目前很多研究改為以SHARON工藝作為硝化反應器，而

ANAMMOX工藝作為反硝化反應器進行組合工藝的研究。通常情況下SHARON

工藝可以控制部分硝化，使出水中的NH3—N與N05比例為1：1,從而可以作

為ANAMMOX工藝的進水，組成一個新型的生物脫氮工藝，其反應如下式所

示：

+

0.5NH^+0.7502=0.5N02+H+0.5

NHt+NO2=N2+2H2O

+

NHt+0.7502=0.5N2+H+1.5H20

SHARON-ANAMMOX的組合工藝具有耗氧量少、污泥產量少、不需外加碳

源等優(yōu)點，是迄今為止最簡捷的生物脫氮工藝，具有很好的應用前景。

5.2.