趙 舒

（遼寧省市政工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110000）

近年來，水華、赤潮現(xiàn)象頻繁發(fā)生，黑臭水體的數(shù)量也在不斷增加，水污染日益加重。傳統(tǒng)的生物脫氮主要經(jīng)過“三階段”反應(yīng)，首先進(jìn)行氨化反應(yīng)，通過氨化菌將含氮有機(jī)物轉(zhuǎn)化為NH4+-N；其次進(jìn)行硝化反應(yīng)，通過亞硝酸菌和硝酸菌將NH4+-N 進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為NO2--N、NO3--N；最后進(jìn)行反硝化反應(yīng)，通過反硝化菌將NO2--N、NO3--N 最終轉(zhuǎn)化為N2，實現(xiàn)氮的去除。但傳統(tǒng)的生物脫氮處理流程復(fù)雜，耐沖擊負(fù)荷的能力較差，在實際應(yīng)用中還存在碳源不足、污泥產(chǎn)量高的問題。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法在應(yīng)用中的缺陷，厭氧氨氧化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。作為1990年研發(fā)出來的新型技術(shù)，厭氧氨氧化省去了反硝化的過程，直接將硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化成氮氣。與傳統(tǒng)的脫氮工藝相比，不僅節(jié)省所需要的氧氣量，還減少了碳源的需求量。因此，厭氧氨氧化技術(shù)廣泛地用于合成革廢水、餐廚廢水、垃圾滲濾液等多種廢水的處理。

1 厭氧氨氧化

厭氧氨氧化是在厭氧條件下，以NO2--N、NO3--N為電子受體，以NH3為電子供體，在厭氧氨氧化菌的作用下將氨氮化為氣態(tài)氮的一種生物脫氮技術(shù)[1-3]。與傳統(tǒng)的生物脫氮工藝相比，厭氧氨氧化不再以有機(jī)物作為電子供體[4]，反應(yīng)過程中不用投加有機(jī)碳源，使其在實際應(yīng)用中的運(yùn)行費(fèi)用有所降低。

厭氧氨氧化工藝的影響因素主要包括溫度、DO、pH、水力停留時間、有機(jī)底物濃度等，其中溫度、DO、pH 為影響厭氧氨氧化菌的環(huán)境因素。因厭氧氨氧化菌為厭氧菌，故反應(yīng)需在完全厭氧條件下進(jìn)行；厭氧氨氧化反應(yīng)最佳溫度為30～35 ℃，溫度過高、過低均會抑制厭氧氨氧化菌的活性；反應(yīng)的pH 宜為弱堿性。

2 在廢水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 合成革廢水

合成革是用塑料制成的，通過對天然革的構(gòu)造進(jìn)行仿造，達(dá)到與天然革更加相似的目的?，F(xiàn)如今，合成革普遍用于制作各種各樣的生活用品，如鞋、背包和足球等。在制備的合成革過程中產(chǎn)生了大量高濃度的廢水，水質(zhì)復(fù)雜，不易被生物降解，水中氨氮、有機(jī)氮含量高，水質(zhì)、水量的波動比較大，使廢水的處理存在一定的難度。用傳統(tǒng)生物脫氮工藝處理合成革廢水存在占地空間面積大、運(yùn)行費(fèi)用高、氮去除率不高等問題。為探究A/O MBBR-MBR組合工藝對NO3--N 的去除效果，王慶[5]等應(yīng)用A/O MBBR-MBR 組合工藝處理PU 合成革廢水，實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種組合技術(shù)對COD 的去除率比較高，但對于硝酸鹽氮及氨氮的去除效果一般。為了降低水中的氨氮含量，應(yīng)采用厭氧氨氧化及一些組合工藝。林皓[6]采用短程硝化、厭氧氨氧化、反硝化組合工藝處理合成革廢水，研究結(jié)果表明，總氮去除率約85%左右，具有良好的處理效果。某化學(xué)企業(yè)采用水解酸化、升流式厭氧污泥床、厭氧氨氧化與膜生物反應(yīng)器組合工藝對原有設(shè)備進(jìn)行升級改造，并對PU 合成革廢水進(jìn)行處理，工程運(yùn)行表明，厭氧氨氧化對總氮較高的廢水去除效果更好，同時厭氧氨氧化運(yùn)行過程中污泥產(chǎn)量少、耗電少，節(jié)省了運(yùn)行成本[7]。林皓[8]對厭氧氨氧化與反硝化的組合工藝處理合成革廢水的效果進(jìn)行探究，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，組合工藝?yán)铮瑓捬醢毖趸に囋诳偟コ矫嫫鹬饕饔?；?dāng)NO2--N/NH4+-N 質(zhì)量濃度為1.2～1.5 mg·L-1時，總氮的去除率可達(dá)80%以上。

2.2 餐廚廢水

餐具的洗滌水、餐廚殘余的滲瀝液等都屬于餐廚廢水，里面含有各種各樣的有機(jī)物，如淀粉、洗滌劑等。餐廚廢水水量較小，但水質(zhì)復(fù)雜，因為來源不同，所以廢水中污染物成分也有所差別。廢水濃度高，水中富含脂類物質(zhì)，若處理不當(dāng)，會對水體造成嚴(yán)重危害。馮佳珺[9]等采用部分亞硝化-厭氧氨氧化串聯(lián)工藝處理餐廚垃圾厭氧消化液，通過合理地控制COD、DO、NH4+-N 的質(zhì)量濃度，實現(xiàn)部分亞硝化[10]。研究表明，總氮去除率可達(dá)80%以上，餐廚垃圾厭氧消化液脫氮基本可通過該串聯(lián)工藝實現(xiàn)。耿震[11]等采用厭氧氨氧化、兩級A/O、MBR 組合工藝，對餐廚廢棄物厭氧消化產(chǎn)生的沼液進(jìn)行處理，運(yùn)行結(jié)果表明，這種組合工藝可避免高濃度氨氮抑制異養(yǎng)菌生長繁殖，降低了運(yùn)行過程中的外加碳源投加量及曝氣量，總氮濃度滿足出水排放要求。針對餐廚廢水氨氮濃度高、傳統(tǒng)脫氮處理工藝占地面積大等缺點，王思琦[12]等對應(yīng)用兩級厭氧氨氧化工藝的脫氮效果進(jìn)行探究，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩級厭氧氨氧化工藝對TN 的去除率為90.1%，其中僅有2.4%是通過反硝化作用去除。

2.3 垃圾滲濾液

垃圾滲濾液來源比較廣泛，主要包括垃圾所含有的水分、填埋場內(nèi)的雨水、雪水等，水質(zhì)也比較復(fù)雜，含有高濃度苯胺化合物、酚類化合物等。若不能妥善處理，不但會危害生態(tài)環(huán)境，還可能危及飲用水源?，F(xiàn)如今大多采用生物法處理此類廢水。為了對廣州市垃圾場實際滲濾液進(jìn)行處理，黃奕亮[13]等應(yīng)用短程硝化SBR、厭氧氨氧化ASBR 的組合工藝[14]，研究該組合工藝的脫氮特性，試驗研究發(fā)現(xiàn)，厭氧氨氧化反應(yīng)器中NO2--N 與NH4+-N 的進(jìn)水比為0.9～1.6 時，脫氮效果最佳。為了對垃圾滲濾液的脫氮除碳性能進(jìn)行探究，王凡[15]等采用反硝化、短程硝化、厭氧氨氧化工藝處理蘇州生活垃圾填埋場滲濾液。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該工藝體系在NH4+-N、COD 的進(jìn)水質(zhì)量濃度均大于1 000 mg·L-1的情況下，仍然可以保持高效、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，大部分易生物降解的有機(jī)物均可被去除，該組合工藝將反硝化裝置前置，在一定程度上減弱了有機(jī)物對厭氧氨氧化的影響，達(dá)到了深度脫氮的效果。為了更好地降低垃圾滲濾液出水中氮的含量，張良茂[16]等采用短程硝化、厭氧氨氧化組合工藝，運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)中總氮的去除率可達(dá)90%；隨著垃圾滲濾液的投加量不斷增大，厭氧氨氧化脫氮的能力隨之下降。吳莉娜[17]等為了解決采用常規(guī)脫氮方法處理垃圾滲濾液出水中氮含量過高的問題，采用UASB-A/O-厭氧氨氧化組合工藝進(jìn)行試驗研究，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，組合工藝對NH3-N 和TN 的去除率均在90%以上，可實現(xiàn)氮的深度去除；組合工藝前端的UASB 使廢水中大部分有機(jī)物得以去除，減少了有機(jī)物對厭氧氨氧化的抑制。陳潤竹[18]等對厭氧氨氧化反應(yīng)影響因素的最優(yōu)條件進(jìn)行探究，試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水力停留時間為24 h、溫度為35 ℃、pH 為7.5～8.5，去除效果最佳；當(dāng)進(jìn)水NH3-N 質(zhì)量濃度為150 mg·L-1時，經(jīng)厭氧氨氧化反應(yīng)出水NH3-N 質(zhì)量濃度僅為15.5 mg·L-1。

2.4 高鹽廢水

石油化工的采集、加工等均會產(chǎn)生高鹽廢水，廢水中可能會含有Fe、Mn 等某些重金屬以及大量的Cl-、F-等非金屬離子。廢水中含鹽量超標(biāo)，不但會對微生物細(xì)胞內(nèi)的酶產(chǎn)生破壞作用，還會對微生物的生長繁殖有一定的抑制影響。

采用物理、化學(xué)方法處理時，成本比較高，同時也難以達(dá)到較好的處理效果，因此普遍采用生物法進(jìn)行處理。楊振琳[19]等采用海藻糖強(qiáng)化厭氧氨氧化工藝處理高鹽廢水，研究結(jié)果表明，當(dāng)海藻糖的投加量為0.25 mmol·L-1時，去除效果最佳；在相同條件下，氨氮、亞硝酸氮比沒有添加海藻糖時分別提高了50%、43%。

吳國棟[20]等為了解決含鹽廢水脫氮效果不好的問題，探究厭氧氨氧化污泥脫氮效能與K+濃度變化之間的關(guān)系，在厭氧序批式反應(yīng)器中進(jìn)行實驗。研究發(fā)現(xiàn)，適量的K+對反應(yīng)器的脫氮效能有一定的提升；當(dāng)K+的濃度為8 mmol·L-1時，處理效果最佳。為了在高鹽條件下依然可以提高脫氮效率，于德爽[21]等采用投加不同濃度的甜菜堿進(jìn)行試驗研究。結(jié)果表明，投加一定濃度的甜菜堿有利于厭氧氨氧化脫氮；當(dāng)甜菜堿的濃度為0.4～0.5 mmol·L-1時，即便對厭氧氨氧化菌有少許的抑制，但總體上還是表現(xiàn)為促進(jìn)作用。

2.5 低濃度氨氮廢水

高濃度的氨氮廢水毒性大，通常通過吹脫等方法形成低濃度的氨氮廢水，再排入水體。但即便如此，廢水中依然含有低濃度的氮，易引發(fā)水華、赤潮等現(xiàn)象，因此也需要著重進(jìn)行處理。通常采用化學(xué)法處理中、低濃度的含氮廢水，即向廢水中投加化學(xué)藥劑，實現(xiàn)氮的轉(zhuǎn)化。但采用這種方式會使水體中殘留部分藥劑，而且投加藥劑會增加成本，因此應(yīng)采用生物法進(jìn)行處理。為了對低濃度氨氮廢水不易處理的問題進(jìn)行研究，陳國燕[22]等采用部分反硝化、厭氧氨氧化組合工藝進(jìn)行試驗。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)NO3--N 與NH4+-N 的比為1.2 時，組合工藝脫氮效果最好，此時NO3--N、NH4+-N 的去除率均在90%以上。為了對一段式部分亞硝化、厭氧氨氧化組合工藝的處理效果進(jìn)行探究，趙良杰[23]等對低濃度氨氮廢水進(jìn)行處理，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種組合工藝可去除廢水中75%以上的總氮；AOB與厭氧氨氧化菌具有協(xié)同作用，同時它們也是污泥中的優(yōu)勢菌，可保證廢水穩(wěn)定脫氮。

盡管厭氧氨氧化技術(shù)在處理氨氮廢水方面有很多優(yōu)勢，但仍存在一些問題，如低濃度的氨氮廢水不易積累大量的亞硝酸鹽、厭氧氨氧化菌難以富集、冬季低溫抑制厭氧氨氧化菌生長等，都限制了其在低氨氮廢水處理方面的應(yīng)用[24]。

3 結(jié)束語

厭氧氨氧化技術(shù)作為目前比較成熟的一種技術(shù)，廣泛地用于餐廚廢水、合成革廢水、垃圾滲濾液、低濃度氨氮廢水、高鹽廢水等多種廢水的處理。將其與其他技術(shù)相耦合，可使組合工藝達(dá)到更優(yōu)的脫氮效果。在應(yīng)用過程中，仍會存在一些問題，如厭氧氨氧化菌細(xì)胞產(chǎn)率較低，生長繁殖周期較長，使得反應(yīng)得啟動較慢。大批量培育高活性的厭氧氨氧化菌、找尋厭氧氨氧化與多種工藝組合的可能性，應(yīng)是接下來主要的研究方向。