基于厌氧氨氧化反应的污水处理工艺探究

基于厌氧氨氧化反应的污水处理工艺探究

孔毅 刘金铭 何凯元

光大水务（莱阳）有限公司 山东省烟台市 265200

刘金铭

光大水务（章丘）运营有限公司 山东省济南市章丘区 250200

何凯元

光大水务（章丘）运营有限公司 山东省济南市章丘区 250200

摘要：厌氧氨氧化反应主要是在厌氧或缺氧条件下通过厌氧氨氧化菌氧化NH4+-N为氮气的过程，能够高效处理城市污水中的氨氮化合物，从根本上提升废水脱氮效率，已经成为新时期人们关注的焦点。尤其是在污水处理厂工艺设计时，借助厌氧氨氧化反应能够有效降低成本投入，使废水脱氮后的各项指标达到排放标准，具有较高的研究意义和应用价值。

关键词：厌氧氨氧化反应；污水处理；工艺

随着世界人口的不断增加和全球经济的不断发展，地球每年的污水排放量呈现出显著的增长趋势，污水中的氮是一种重要的污染物。氮的过量排放会导致水体缺氧、黑臭、富营养化等一系列问题。在城市污水中，大部分氮以氨氮的形式存在。因此，脱氮尤其是氨氮是污水处理工程中的一项重要任务。多年来，如何高效、节能地去除废水中的氨氮一直是专家学者研究的热点。氨氮可以通过物理化学和生化方法去除。从成本和去除效果来看，工程上一般采用生化法处理氨氮。传统的生化处理主要包括硝化和反硝化两个步骤。硝化过程主要由氨化细菌、硝化细菌和硝化细菌在好氧条件下完成。水中的氨氮是由硝化细菌和硝化细菌相互作用产生的。在反硝化过程中，反硝化细菌以有机物为电子供体，在缺氧条件下将硝态氮还原为氮。

1厌氧氨氧化反应概述

1.1微生物概况

厌氧氨氧化菌主要生存在湖泊沉积物、油田、海洋等环境中，能够通过生物反应有效处理海洋、湖泊、河流等中的氮化物，保证水生态满足生物生活和生长需求，对水质净化及处理具有非常积极的作用。

1.2厌氧氨氧化反应

厌氧氨氧化反应主要利用菌落实现氮化物的反应，将其转变为氮气排入到空气中，从而降低水生态中的氮化物浓度。一般上述试验中应对反应装置、底物浓度、环境因素进行严格控制。

由于厌氧氨氧化菌对生态环境要求较为严格，其温度、湿度、有机物浓度等均会影响该菌落的反应效果，在利用其开展污水处理时必须做好各项环境条件的把握，尤其是氧气浓度、含盐条件等。

2基于厌氧氨氧化反应的污水处理工艺

2.1脱氮工艺

当废水中氨氮浓度较高时，可采用侧流厌氧氨氧化工艺。将高浓度氨氮废水（800-3000mg/L）引入处理系统。通过反硝化技术和有机氧化技术，得到了含氮化合物和厌氧氨氧化菌。在处理室内完成短程硝化和厌氧氨氧化，将废水中多余的氮元素排出，达到高效脱氮的效果。

主流anammox与侧流anammox的原理基本相同，但二者在进水含氮量上存在一定差异。厌氧氨氧化法是处理低浓度氨氮废水的常用方法。这种处理工艺可以有效地降低侧流反硝化过程中的有机碳含量，同时也可以节省有机氧化和短程硝化的耗氧量。脱氮效率约为0.2kg·M-3·D-1，非常显著。

2.2泥浆沉降

厌氧氨氧化还可以减少城市污水处理中的污泥量。传统工艺由于工艺技术和净化工艺的不同，污水中大量污泥需要单独沉淀和过滤，处理成本高。厌氧氨氧化菌在处理过程中能通过硝化菌和厌氧氨氧化菌快速降解部分杂质，通过菌落培养的紧密颗粒使大量污泥沉降，减少不必要的沉降剂。

在上述处理工艺中，可将人工配水培养的硝化细菌加入沉淀池，进行第一步沉淀，形成沉降颗粒；然后对初沉池和硝化沉降颗粒物进行厌氧消化，通过培养菌落的二次沉淀保留更多的生物量，实现颗粒污泥的高效反应。由于颗粒污泥系统容积转化率高，能有效适应低温低氨氮条件下颗粒污泥处理的要求，在城市污水处理系统中具有非常广阔的发展前景。

3基于厌氧氨氧化反应污水工艺的应用

本次研究过程中主要以某市区污水处理厂项目为例，分析厌氧氨氧化反应工艺的实际应用效益，确定城市污水处理中的注意事项。

3.1效益分析

某市区是我国南方地区三线城市，发展进程缓慢，工业污水和生活污水排放量大，2016年才开始加强城市污水管理及处理方面的工作，在污水管理和污水排放控制方面还存在诸多不足。2018年为全面提升污水脱氮处理效果，开始对污水处理工艺进行改革，以厌氧氨氧化反应为核心开展深层次脱氮。

改造前期，该地区污水氨氮含量可达到1000100mg/L，除氮率仅为60%左右，排出的污水水质无法达到标准含氮量指标,该市区污水处理厂投入大量资金采购化学试剂进行二次除氮，工艺造价较高，整体实用性较差，根本无法满足城市生态化建设需求。2019年该市区开展污水处理厂改造后，通过短程硝化联合厌氧氨氧化反应有效处理15t15万吨市区污水，在工艺指标基础上总体处理除氮贡献率可达到32.5%，排出的各项水体水质均含氮量经测试达到本地区污水排放指标。尤其是废水除氮率可达到90%左右，排出的废水中的含氮物（NO3-N、NH4+-N、COD）去除率分别为89.5%、97.6%、78.7%。

3.2注意事项

首先，要进一步提高基于厌氧氨氧化反应的污水处理工艺中的污水处理效率，必须加大厌氧氨氧化菌的研究和培养力度，全面提升厌氧氨氧化菌的生物反应效果，进一步提高氮转化能力。此外，还需要对厌氧氨氧化反应中的功能填料进行优化，以提高填料的“催化”性能。

其次，在短程硝化和短程反硝化的应用中要注意工艺差异和效果差异。根据污水处理不同环节的具体要求，合理利用和配置短程硝化和短程反硝化的技术和资源，确保达到预期的协同效果。此外，还要把握好以上两个过程的关键指标。例如，在短程脱硝工艺中，需要结合区域实际和污水指标，验证各种操作的可行性和有效性，分析厌氧氨氧化反应的工艺参数是否满足区域污水处理指标，从而从根本上完成各种处理任务，使废水的脱氮效率最大化。

最后，根据工艺原理，要不断创新，在厌氧氨氧化反应的基础上形成新的组合工艺，在提高脱氮效率的基础上降低污泥产量。如no作为anammox细菌长期稳定电子受体的可能性和nob增强抑制作用的可靠性；根据实际工艺要求，选择最佳方案，保证厌氧氨氧化反应效果，满足城市污水处理的需要；为实现多种工艺组合，借鉴国内外先进经验，将厌氧氨氧化反应器与不同工艺相结合，形成了类似新加坡章义污水处理厂、湖北十堰西部垃圾填埋场等的优质污水处理工程。，从多方面全面完善厌氧氨氧化反应工艺，全面推进城市污水处理工艺发展进程。

结论

随着生物技术的不断发展和完善，城市污水处理系统得到了实质性的改造，开始采用生化反应综合提高污水中杂质、有害元素和微生物的处理效果。特别是在脱氮过程中，厌氧氨氧化反应有效地提高了氮化合物的去除率，从传统工艺的60%提高到目前的90%左右，有效地维持了水生态中的氮平衡，实现了城市污水处理效益的综合优化。

参考文献：

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