厌氧氨氧化工艺处理低氨氮废水

厌氧氨氧化工艺处理低氨氮废水厌氧氨氧化工艺处理低氨氮废水目前，全球已建成100余座厌氧氨氧化工程，其88%为一体式工艺、12%为分体式工艺。它们大多应用于中温、高氨氮废水的处理，在低氨氮废水处理方面全球仅有2座。因此，本文综述了该工艺的功能细菌与基因、影响因素、反应器构型以及工程应用案例，为厌氧氨氧化工艺应用于低氨氮废水处理提供科学依据。厌氧氨氧化细菌分类AnAOB广泛存在于深海火山灰、海洋低氧水体。有24%～67%的海洋氮气来源于厌氧氨氧化过程，在地球氮循环中占有重要地位，其主要为浮霉状菌目的浮霉状菌科和厌氧氨氧化科，《Bergey’sManualofSystematicBacteriology》收录了5属8种厌氧氨氧化细菌，具体如表1所示。AnAOB的5个属分别为Anammoxoglobus、Brocadia、Jettenia、Kuenenia和Scalindua。Anammoxoglobus可以氧化丙酸，因而可以采用丙酸进行菌种筛选;Brocadia以CO2为碳源，不能氧化小分子有机酸;Jettenia在已鉴定的AnAOB中对NO-2的耐受性最强，可以耐受高于322mg/L的NO-2-N;Kueneniastuttgartiensis发现于生物滤池中，是首个获得全基因序列的AnAOB;Scalindua为化能自养型兼性厌氧菌，呈球状，以CO2为唯一碳源。脱氮细菌与功能基因生物脱氮过程的主要功能微生物包括氨氧化细菌(Ammoniaoxidizingbacteria，AOB)、氨氧化古菌(Ammonia-oxidizingarchaea，AOA)、亚硝酸盐氧化菌(Nitriteoxidizingbacteria，NOB)、AnAOB和反硝化细菌(Denitrifier)等，其转化机制如图1所示。部分亚硝化-厌氧氨氧化过程主要依赖于AOB与AnAOB，其中功能细菌、功能基因及作用原理如表2所示，除AOB和AnAOB功能基因以外，还列出了NOB和反硝化细菌的功能基因。在部分亚硝化-厌氧氨氧化反应过程中需要调控菌群结构，促进AOB和AnAOB占优势，其调控方法在第2、3部分进行讨论。部分亚硝化工艺的影响因素利用厌氧氨氧化工艺处理含氮废水，首先需要进行短程硝化，将NH+4-N转化为NO-2-N。尤其采用两段式厌氧氨氧化工艺处理低氨氮废水，如何实现氨氮的部分亚硝化，维持亚硝化比例是技术难点。亚硝化反应可以通过控制反应条件，如DO、pH和温度等促进AOB生长并抑制NOB，主要控制条件如下:DO在莫诺特方程中，氨氧化反应和亚硝酸盐氧化反应的氧饱和浓度分别为0.3，1.1mg/L，这说明降低溶解氧(DO)浓度对亚硝酸盐氧化反应产生较为明显的抑制，而对氨氧化过程的影响较小。一般控制部分亚硝化过程ρ(DO)<0.5mg/L。曝气方式改变也可以抑制NOB，在缺氧条件下突然曝气，AOB可立刻适应并快速生长，但NOB则需要经过一段时间的恢复才能快速生长。pH、游离氨、游离亚硝酸pH对短程硝化的影响主要通过控制游离氨(Freeammonia，FA)以及游离亚硝酸(Freenitrousacid，FNA)的浓度，进而影响AOB、NOB的活性。FA对AOB的抑制浓度为10～150mg/L，而对NOB的抑制浓度为0.1～1mg/L。在较低pH(<7.5)的条件下，FNA对NOB产生强烈的抑制作用，其完全抑制浓度为0.026～0.22mg/L，同时AOB的活性降低50%。然而，反应器中较高的FA、FNA主要源于进水中较高的氨氮浓度，这也是部分亚硝化在高氨氮废水中易实现的原因。对于低氨氮废水，较难通过FA、FNA控制实现部分亚硝化。温度AOB与NOB对温度变化均很敏感。当温度>15℃时，AOB的生长速率>NOB，当温度高于25℃时，这一趋势更加明显。报道氨氧化反应的最适温度为30℃。SHARON工艺利用这一特点，控制温度在30～35℃，水力停留时间介于NOB和AOB的最小污泥停留时间之间，从而筛选出AOB并淘汰NOB，以维持稳定的亚硝酸积累。另外，温度可以影响FA和FNA的化学平衡，从而间接影响AOB与NOB的活性。对于高氨氮废水如污泥厌氧消化液，由于中温厌氧消化有利于废水保持较高温度。但在低氨氮污水处理方面，北方城市污水冬季温度低、水量大，低氨氮废水的冬季低温问题使其难以形成稳定的部分亚硝化。接种污泥通过接种AOB占优势菌的活性污泥强化亚硝化过程，可缩短系统的启动时间，有利于低氨氮废水的短程硝化。例如，奥地利Strass污水厂通过在侧流增加污泥回流的方式，除了可以提高厌氧氨氧化菌含量，也同时强化了AOB。但随着反应的进行，尤其在低氨氮废水处理方面，NOB活性可逐步恢复，可能的解决办法是通过排泥调控SRT，并补充短程硝化污泥进行生物强化等。厌氧氨氧化工艺的影响因