厭氧氨氧化 (ANAMMOX) 工(gong)藝，最初由荷蘭Delft工(gong)業大學于(yu)20 世(shi)紀(ji)末開(kai)(kai)始研究(jiu)，并于(yu)本世(shi)紀(ji)初成功開(kai)(kai)發應(ying)用的(de)一種新型廢(fei)水生物脫氮工(gong)藝。它以20 世(shi)紀(ji)90 年代發現的(de)ANAMMOX 反(fan)應(ying)為基礎(chu)，該反(fan)應(ying)在厭氧條件下以氨為電子(zi)(zi)供體(ti)，亞(ya)硝酸(suan)鹽為電子(zi)(zi)受體(ti)反(fan)應(ying)生成氮氣，在理念和技(ji)術上大大突破了傳統的(de)生物脫氮工(gong)藝。

ANAMMOX 工藝具有脫氮效率高、運行(xing)費用(yong)(yong)低(di)、占地(di)空間小等優(you)點(dian)，在污水(shui)處(chu)理中發展潛力巨大。目(mu)前該(gai)工藝在處(chu)理市政污泥液領域(yu)已日(ri)趨成熟，位于(yu)荷蘭鹿(lu)特丹Dokhaven 污水(shui)廠(chang)的(de)世界(jie)上首個生產性(xing)規(gui)模(mo)的(de)ANAMMOX 裝(zhuang)置容積氮去除速(su)率 (NRR) 更是高達(da)9.5 kg N/(m3·d)。此外，ANAMMOX 工藝在發酵工業廢水(shui)、垃圾(ji)滲濾(lv)液、養殖廢水(shui)等高氨氮廢水(shui)處(chu)理領域(yu)的(de)推(tui)廣也逐(zhu)步開(kai)展，在世界(jie)各地(di)的(de)工程(cheng)化應(ying)用(yong)(yong)也呈星(xing)火燎(liao)原之勢(shi)。

1、ANAMMOX 工藝及其衍生工藝

經(jing)過(guo)20多年(nian)的研究和發(fa)展，基于ANAMMOX 反應開發(fa)出來(lai)的較成熟(shu)的工(gong)藝(yi)(yi)(yi)有SHARON -ANAMMOX 工(gong)藝(yi)(yi)(yi)、全程(cheng)自(zi)養脫氮 (CANON) 工(gong)藝(yi)(yi)(yi)、限氧(yang)自(zi)養硝化(hua)(hua)反硝化(hua)(hua) (OLAND) 工(gong)藝(yi)(yi)(yi)、反硝化(hua)(hua)氨(an)氧(yang)化(hua)(hua) (DEAMOX) 工(gong)藝(yi)(yi)(yi)、好(hao)氧(yang)反氨(an)化(hua)(hua)(DEMON) 工(gong)藝(yi)(yi)(yi)。近年(nian)來(lai)，研究人員仍在不斷探索其他形式的ANAMMOX 衍生工(gong)藝(yi)(yi)(yi)，譬如(ru)同步(bu)短程(cheng)硝化(hua)(hua)、厭氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)(hua)、反硝化(hua)(hua)耦合(he) (SNAD) 工(gong)藝(yi)(yi)(yi)、單級厭氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)(hua)短程(cheng)硝化(hua)(hua)脫氮(Single-stage nitrogen removal using ANAMMOX）

目前，存在(zai)兩(liang)種方法為ANAMMOX 提供電(dian)子(zi)受體亞硝酸鹽，一(yi)(yi)種是(shi)在(zai)一(yi)(yi)個(ge)獨立(li)的曝氣反(fan)應(ying)器(qi)中(zhong)(zhong)產生而隨后進入ANAMMOX 反(fan)應(ying)器(qi)，另一(yi)(yi)種是(shi)在(zai)一(yi)(yi)個(ge)無O2 或者微O2 的ANAMMOX反(fan)應(ying)器(qi)中(zhong)(zhong)產生并立(li)即參(can)與ANAMMOX 反(fan)應(ying)。據此，可將ANAMMOX 工(gong)藝(yi)相應(ying)分(fen)為分(fen)體式(shi)(shi)(shi) (兩(liang)級系統) 和(he)一(yi)(yi)體式(shi)(shi)(shi) (單級系統) 兩(liang)種，一(yi)(yi)體式(shi)(shi)(shi)包括(kuo)CANON、OLAND、DEAMOX、DEMON、SNAP 、SNAD 等工(gong)藝(yi)，分(fen)體式(shi)(shi)(shi)主要(yao)是(shi)SHARON-ANAMMOX 工(gong)藝(yi)。

一(yi)體(ti)式工藝(yi)的(de)(de)基建(jian)成(cheng)本(ben)低、結構(gou)緊湊、裝置運行和控(kong)制簡單，并(bing)且其(qi)短程硝化(hua)產生(sheng)的(de)(de)亞硝酸(suan)鹽立(li)即(ji)參與ANAMMOX 反(fan)應(ying)(ying)，能有(you)效避免因亞硝酸(suan)鹽累(lei)積造(zao)成(cheng)的(de)(de)抑制，另外(wai)單位體(ti)積脫氮速率高也(ye)是一(yi)體(ti)化(hua)工藝(yi)的(de)(de)優勢。但是一(yi)體(ti)化(hua)工藝(yi)啟(qi)動時間長，反(fan)應(ying)(ying)器內(nei)微生(sheng)物間的(de)(de)生(sheng)態(tai)關系(xi)復雜，經受負荷(he)沖(chong)擊時易失穩(wen)，并(bing)引發連鎖反(fan)應(ying)(ying)，導(dao)致“雪崩(beng)”效應(ying)(ying)，系(xi)統受擾紊(wen)亂后恢復時間也(ye)長。

與一(yi)體(ti)式(shi)工藝(yi)(yi)相(xiang)比，分體(ti)式(shi)工藝(yi)(yi)中(zhong)的(de)(de)兩反(fan)應器(qi)可單獨進(jin)行靈活和穩定(ding)(ding)的(de)(de)調(diao)控，系(xi)統(tong)受擾后恢復(fu)時(shi)間短(duan)，ANAMMOX 反(fan)應器(qi)進(jin)水(shui)具有相(xiang)對穩定(ding)(ding)的(de)(de)氨(an)氮(dan)(dan)和亞(ya)硝氮(dan)(dan)比例(li)。其次由于短(duan)程硝化階段能削減(jian)某些毒(du)(du)物(wu)和有機物(wu)，避免其直接進(jin)入(ru)ANAMMOX 反(fan)應器(qi)，所(suo)以更(geng)適合處(chu)理(li)含(han)毒(du)(du)物(wu)和有機物(wu)的(de)(de)廢水(shui)。另外(wai)，處(chu)理(li)高(gao)負荷含(han)氮(dan)(dan)廢水(shui)時(shi)，分體(ti)式(shi)工藝(yi)(yi)的(de)(de)高(gao)投資(zi)成本會通(tong)過(guo)較低的(de)(de)運營成本得以補償。因此，這兩種(zhong)工藝(yi)(yi)各有利弊，實際應用時(shi)需(xu)根據具體(ti)情況，做到“因水(shui)制宜，量(liang)水(shui)裁藝(yi)(yi)”。

2、ANAMMOX 工藝的工程應用現狀

在過去(qu)的(de)10年(nian)里，ANAMMOX工程(cheng)化應用(yong)逐漸興起，ANAMMOX工程(cheng)化裝置和(he)研(yan)究(jiu)文獻呈逐年(nian)增長趨勢。第(di)一座(zuo)工程(cheng)化裝置的(de)誕生與(yu)ANAMMOX 的(de)發(fa)現和(he)發(fa)展(zhan)有短(duan)暫的(de)滯后(hou)，由此可見中試和(he)實驗室研(yan)究(jiu)對工程(cheng)化應用(yong)具有積極(ji)的(de)推動作用(yong)。2014年(nian)末，全球范圍內ANAMMOX工程(cheng)超過100 座(zuo)。

為了更(geng)好地控制短程(cheng)硝(xiao)化(hua)反(fan)(fan)應(ying)(ying)，短程(cheng)硝(xiao)化(hua)-厭氧氨氧化(hua) (PN-ANAMMOX) 裝(zhuang)置(zhi)大多(duo)采用兩級系(xi)統或(huo)利用已有的短程(cheng)硝(xiao)化(hua)系(xi)統 (如SHARON 反(fan)(fan)應(ying)(ying)器)。但隨著(zhu)工程(cheng)化(hua)經(jing)驗越來越豐富，重點(dian)開始轉向單級系(xi)統。目前(qian)，工程(cheng)化(hua)的裝(zhuang)置(zhi)主要包(bao)括移(yi)動床生物膜反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(MBBR)、顆粒污(wu)泥(ni)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器和(he)序批式反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(SBR)，還有少數生物轉盤(pan) (RBC)和(he)活性(xing)污(wu)泥(ni)系(xi)統。

DEMON 是(shi)(shi)最為風靡(mi)的(de)SBR 系統，該(gai)(gai)工藝(yi)(yi)首先裝配(pei)在奧(ao)地利(li)Strass，采用自(zi)主(zhu)設計的(de)基于pH 調控(kong)(kong)的(de)進(jin)(jin)水控(kong)(kong)制系統，用來處理污(wu)泥(ni)壓(ya)濾液。利(li)用水力旋(xuan)流器可(ke)以分(fen)別調節(jie)適合氨(an)氧化菌(AOB) 和ANAMMOX菌 (AnAOB) 的(de)泥(ni)齡(ling) (SRT)，并(bing)且可(ke)從(cong)接種污(wu)泥(ni)中分(fen)離出(chu)(chu)生(sheng)長緩(huan)慢的(de)AnAOB。還能使小絮體中的(de)亞(ya)硝酸氧化菌(NOB) 被洗(xi)出(chu)(chu)，使大聚集(ji)體中的(de)AnAOB 得以持留。另一(yi)(yi)種SBR 技(ji)術是(shi)(shi)由瑞士(shi)聯邦水生(sheng)科學技(ji)術研究所開(kai)發的(de)基于氨(an)控(kong)(kong)制的(de)PN-ANAMMOX 工藝(yi)(yi)。該(gai)(gai)工藝(yi)(yi)最早(zao)裝配(pei)在瑞士(shi)，在每個運行(xing)周(zhou)期的(de)開(kai)始階段或者曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)階段進(jin)(jin)水，進(jin)(jin)水流量受氨(an)傳感器調控(kong)(kong)，因此(ci)SBR 運行(xing)周(zhou)期長度不固(gu)定(ding)。氨(an)信(xin)號也可(ke)由電(dian)導率信(xin)號替代(dai)，通過(guo)控(kong)(kong)制曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)量確(que)保短程硝化和ANAMMOX同步進(jin)(jin)行(xing)，一(yi)(yi)般(ban)溶解氧(DO) 濃度控(kong)(kong)制在0.1 mg/L 以下，通常情況下建(jian)議(yi)采用連(lian)續曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)，啟動(dong)階段或者污(wu)泥(ni)活性較(jiao)低(di)時采用間(jian)歇曝(pu)(pu)氣(qi)(qi)。

此外，一些PN-ANAMMOX 設施采用(yong)其他(ta)調控(kong)策(ce)略，差異(yi)主要在于(yu)進(jin)(jin)水(shui)模式(shi) (間歇(xie)或連續(xu))、污(wu)(wu)(wu)泥(ni)存在形(xing)式(shi) (懸(xuan)浮(fu)或附著(zhu)生長)、曝氣(qi)(qi)(qi)控(kong)制方式(shi)。比如德國Ingolstadt 污(wu)(wu)(wu)水(shui)廠的(de)SBR 采用(yong)間歇(xie)進(jin)(jin)水(shui) (6 h 周期內進(jin)(jin)水(shui)4 次(ci)) 和間歇(xie)曝氣(qi)(qi)(qi) (6 min 曝氣(qi)(qi)(qi)/9 min停止)。但在德國Gütersloh 污(wu)(wu)(wu)水(shui)廠的(de)SBR 周期為24 h，白天連續(xu)進(jin)(jin)水(shui)，進(jin)(jin)水(shui)量取(qu)決于(yu)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)壓濾(lv)液的(de)產生量。當(dang)氨濃度達到上限時(shi)啟動曝氣(qi)(qi)(qi)，當(dang)pH 或者(zhe)氨濃度跌至下限時(shi)停止曝氣(qi)(qi)(qi)，DO 濃度控(kong)制在0.5 mg/L 以下。

一體式顆粒污泥反應(ying)器也應(ying)用(yong)于工(gong)(gong)業廢水(shui)的自養脫氮工(gong)(gong)程(cheng)。目前在(zai)我國建造了數座實際(ji)工(gong)(gong)程(cheng)，主要在(zai)發酵行業 (包括釀酒(jiu)、味(wei)精、酵母廢水(shui)) ，其中通遼梅花味(wei)精廢水(shui)Ⅰ期工(gong)(gong)程(cheng)ANAMMOX 反應(ying)器容積高達6600 m3，是迄(qi)今世(shi)界上(shang)規(gui)模最大的ANAMMOX工(gong)(gong)程(cheng)。

傳統(tong)的(de)(de)生(sheng)物膜技術(shu)也(ye)成(cheng)功用于PN-ANAMMOX工藝(yi)。RBC是最早(zao)發現存有ANAMMOX反(fan)(fan)應(ying)的(de)(de)反(fan)(fan)應(ying)器之一，隨后被Ghent大(da)學(xue)成(cheng)功應(ying)用于OLAND工藝(yi)中。RBC的(de)(de)運營成(cheng)本低，但工藝(yi)缺乏靈活性。目前，荷蘭Sneek市有兩座采用OLAND工藝(yi)處(chu)理厭(yan)氧消(xiao)化(hua)廁(ce)所水(shui)(shui)的(de)(de)RBC 裝(zhuang)置，一座容積0.5 m3的(de)(de)裝(zhuang)置服務于64人(ren)(ren)口(kou)當量(liang)，另一座容積6m3服務于464人(ren)(ren)口(kou)當量(liang)。通過(guo)調節(jie)轉盤(pan)轉速(1−4 r/min)來實現工藝(yi)控制，確保DO 濃度處(chu)于目標值(zhi)(0.60−0.65 mg/L)。荷蘭Hulst市也(ye)有利(li)用RBC處(chu)理化(hua)肥生(sheng)產(chan)廢水(shui)(shui)的(de)(de)工程(cheng)，通過(guo)在線監測(ce)氨來調控進水(shui)(shui)，調節(jie)轉盤(pan)轉速控制DO濃度。預計到2015年該(gai)工程(cheng)的(de)(de)氮(dan)負荷可(ke)達150kgN/d。

2001 年(nian)在(zai)(zai)德國Hattingen 污(wu)(wu)(wu)水(shui)廠(chang)建造了一(yi)座生(sheng)物膜PN-ANAMMOX 工(gong)程，用(yong)于(yu)(yu)處理污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)壓濾液。該工(gong)程DeAmmon 工(gong)藝中MBBR 系統的40%−50%由填料(liao)填充，并設(she)有曝(pu)氣裝(zhuang)置(zhi)(zhi)和(he)攪拌(ban)器。2007 年(nian)第(di)二座采(cai)用(yong)DeAmmon 工(gong)藝的MBBR裝(zhuang)置(zhi)(zhi)在(zai)(zai)瑞(rui)典Himmerfjärden 污(wu)(wu)(wu)水(shui)廠(chang)開(kai)始建造。生(sheng)物膜的理念還被應用(yong)在(zai)(zai)位于(yu)(yu)瑞(rui)典Malmö 的ANITAMoxTM 工(gong)藝設(she)計中，該裝(zhuang)置(zhi)(zhi)不僅用(yong)于(yu)(yu)處理污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)壓濾液，還可為其他裝(zhuang)置(zhi)(zhi)培(pei)養(yang)種(zhong)子載體。在(zai)(zai)此基礎上(shang)采(cai)用(yong)復合固(gu)定膜活性(xing)污(wu)(wu)(wu)泥(ni)(ni)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)還可將性(xing)能提高3−4倍。

該(gai)復(fu)合裝置持留的(de)(de)(de)懸浮(fu)污(wu)(wu)泥(ni)具有90%的(de)(de)(de)AOB，其負(fu)荷(he)比單一的(de)(de)(de)生(sheng)物膜系統高。在PN-ANAMMOX 工藝中也(ye)有懸浮(fu)污(wu)(wu)泥(ni)理念的(de)(de)(de)應用。荷(he)蘭Colsen 的(de)(de)(de)新活(huo)性污(wu)(wu)泥(ni) (NAS) 系統即采用懸浮(fu)污(wu)(wu)泥(ni)法，包括(kuo)好氧(yang)、厭氧(yang)、攪拌室，依賴于PN-ANAMMOX 和硝(xiao)化反硝(xiao)化耦合作用來處理食品(pin)加工廢(fei)水。通過控制DO 和SRT 實現工藝調(diao)控。德國(guo)TERRANA 系統與復(fu)合固定膜活(huo)性污(wu)(wu)泥(ni)法原(yuan)理相(xiang)似，起初在SBR 和分體式活(huo)性污(wu)(wu)泥(ni)工藝中都添加膨潤土載體，用于AnAOB 附著和改善(shan)沉(chen)降性能(neng)，并且膨潤土還可為緩沖能(neng)力(li)較弱的(de)(de)(de)廢(fei)水補充堿度。

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