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“红菌”发展简史:厌氧氨氧化的发现、研究与应用

北极星环保网来源:环保新课堂2019/1/14 9:05:56我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:红菌 厌氧氨氧化 污水处理

2、厌氧氨氧化的爆炸性效应

这个发现就像在悬崖上滚落的雪球,从此全球氮素循环,生命演替历程,污水处理发展都发生了翻天覆地的变化。

首先,厌氧氨氧化菌的出现“模糊了细菌的定义”。因为DNA的研究将它们明确归类为细菌属,但是他们的内部细胞器使它们更像真菌。同时,该微生物细胞壁中缺少刚性聚合肽聚糖,这使得它们又类似于单细胞膜的古菌。所以Strous说“它们的出现模糊了细菌的定义”。

其次,厌氧氨氧化现象的发现,使全球氮循环也发生变化,因为厌氧氨氧化在整个循环过程中走了个捷径,创造了一个由氨和亚硝直接转换成氮气的途径。

最后,厌氧氨氧化技术一旦成熟,那么它将以其自身强大的优势迫使“污水处理工艺的改变”。

三、一体化厌氧氨氧化工艺

首先我们了解下一体化厌氧氨氧化的技术原理:一体化厌氧氨氧化工艺是指AOB和Anammox菌存在同一反应器内,反应器在充氧的条件下,同时发生短程硝化和厌氧氨氧化反应,将进水中的氨氮直接转化为氮气。

QQ截图20190114085419.jpg

其方程式是这样的:

短程硝化(Nitritation)

1.32NH3+1.98O2→ 1.32NO2-+ 1.32H++ 1.3H2O

厌氧氨氧化(Anammox)

NH3+1.32NO2+ H+→0.26NO3-+ 1.02N2+2H2O

整体反应(Deammonification)

NH3+ 0.85O2→ 0.44N2+ 0.11NO3-+ 1.43H2O + 0.14H+

而实际上,一体化厌氧氨氧化工艺是与两段式工艺平行发展起来的,梳理一体化工艺的发展历史,大家会发现工程应用领域和科学研究领域之间微妙的关系。

一体化工艺的发展历史

1.来自学术界的尝试:

在厌氧氨氧化菌初期研究,有重要的一个观点是“厌氧氨氧化菌会受到DO的抑制而失去活性”。从此在富集厌氧氨氧化菌的试验研究中,科研工作者都会尽可能避免溶解氧对厌氧氨氧化菌增殖的抑制。小编在培养厌氧氨氧化菌试验过程中,也对进水进行氮气吹脱以避免氧气影响,也经历过氧气混入进水导致系统脱氮效果大幅下降的情况。因此对于一体化厌氧氨氧化工艺,大家的思维惯性认知是:一体化富集培养厌氧氨氧化菌虽然可行,但是存在溶解氧抑制,一体化较之两段式应该更加困难富集厌氧氨氧化菌。

但是科研工作者总是喜欢挑战困难,并且利用事实来说明道理。因此科研工作者运用不同的工艺和启动方式进行了一系列的尝试和研究,通过接种厌氧氨氧化菌或者硝化污泥,控制溶解氧等,在2000年前后,就成功建立了实验室规模的短程硝化-厌氧氨氧化系统。典型的一体化工艺有:OLAND、CANON工艺等。实验室的研究说明一体化工艺具有技术可行性。但是实验室中一体化工艺的负荷较之两段式偏低,导致当时一体化工艺的推广应用的吸引力有限。

2.来自工程界的现象:

本世纪初,郝晓地教授与Mark教授合作发文,通过模型推测在高氨氮硝化生物膜中必然存在厌氧氨氧化菌生长的条件。那么在实际的高氨氮废水处理工程,能否观察到厌氧氨氧化现象呢?答案是肯定的。在德国的汉诺威等一些高氨氮污水处理厂,在氨氮负荷情况下出现了不明的氮损失,用反硝化反应、同化反应等已知途径都无法合理的解释。2002年到科研人员应用氮示踪和分子生物学技术确认了氮损失主要来自于厌氧氨氧化途径。同时在世界其他各地,也陆续发现高氨氮废水系统中红色生物膜的出现。实际工程中出现的厌氧氨氧化现象说明一体化工艺的工程可行性。

3.商业化的尝试:

随着对一体化厌氧氨氧化研究的深入,人们逐渐发现,一体化厌氧氨氧化工艺具有启动迅速、流程简单、操作方便的优点。虽然在去除负荷等方面不及两段式工艺,但是一体化在工程应用中的综合优势明显。随着工程建设经验的积累和运行控制策略的完善,目前高氨氮废水厌氧氨氧化工程已经进入到全面推广的阶段。在这个过程中有两个公司走在了全球应用推广的前列。

第一个是Paques公司。上一期介绍到,帕克公司参与了世界上首个两段式厌氧氨氧化工程的应用研究。与此同时该公司基于荷兰代尔夫特的技术支持,也开展颗粒污泥形式的一体化厌氧氨氧化工程示范,目前该公司主要推广的也是该工艺形式,而帕克公司建设运行的厌氧氨氧化工程,其处理规模全球第一。

另外一个是DEMON公司。DEMON公司在瑞士注册,以絮体污泥和颗粒污泥结合的形式,通过pH进行在线控制,通过旋流分离器实现菌种持留。年推测该公司可能和德国水务集团、瑞士EAWAG以及奥地利因斯布鲁克大学的Benard Wett教授密切相关。目前DEMON公司建设运行的厌氧氨氧化工程,数量全球第一。

4.未来发展:

目前多家水务集团都开发了不同类型的一体化厌氧氨氧化工艺,并注册专利技术,在国内外进行推广。未来应用厌氧氨氧化技术处理的工程项目会不断增加。高氨氮废水厌氧氨氧化处理领域,还是环保领域的蓝海。

延伸阅读:

厌氧氨氧化耦合部分反硝化处理低浓度氨氮废水

ABR厌氧氨氧化反硝化协同脱氮除碳研究

新加坡再生水厂发现主流厌氧氨氧化和强化生物除磷共存现象

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