从OLND工艺的应用谈活性污泥法的下一个百年

3、 OLND工艺的应用与广阔前景

3.1 OLAND工艺的提出

在短程硝化反硝化被普遍认可，但红菌在工程化应用方面又面临瓶颈的时候，是否可以另辟蹊径，选用新的菌种，并根据新的菌种优化现有短程硝化反硝化的运行条件，实现同样的高效脱氮效果?

1998年，本人在研究过程中发现了限制自养硝化反硝化工艺(OLAND，oxygen limited autotrophic nitrification-denitrification degradation)[8]，研究成果发表于Applied and Environmental Microbiology，随即得到了广泛的关注。OLAND以传统的硝化菌为菌种，通过pH和搅拌供氧时间两种手段严格控制限氧环境(pH值>7.2，启动搅拌装置，并控制每运转10min后间歇20min，使pH值下降;pH值<7.0，关闭搅拌装置，使pH值回升)，OLAND所选用的菌种为单一硝化菌，为自养反硝化菌，可以在缺乏碳源的环境中实现短程硝化反硝化。OLAND工艺的提出在当时引发了热议，其菌种易于获取、限氧条件易于实现的特性被认为是一种工程上易于被实现的新工艺手段，但OLAND与ANAMMOX相似，虽然适用于低碳源的高氨氮废水，其应用面还有一定的局限性。

3.2 实践中完善的OLND工艺

通过从活性污泥法、ANAMMOX工艺和OLAND工艺的研究过程不难发现，活性污泥法的百年发展，始终围绕着微生物的选择和工况条件的不断优化展开。微生物菌群如果不能在某种污水环境中发挥作用，必然是由于该污水环境无法满足微生物繁殖、生存的基本条件，因此当每一种新工艺新机理被发现后，必然需要大量的时间研究，并通过实践来验证其工艺的稳定性和可靠性。

杭州某垃圾填埋场紧邻主城区，日垃圾填埋量超过4000t，渗滤液产生量超过2000m3/d，渗滤液进水水质CODCr为6000~12000mg/L， TN为2000~3500mg/L，NH4+-N为1500~3000mg/L，且色度深、恶臭大。如采用目前渗滤液主流工艺A/A/O+纳滤+反渗透技术，将面临着与同类工厂处理成本高、浓缩液产生量大及恶臭难以解决等问题。

由于杭州属于国家旅游城市，其对环境的要求，相对于其他城市更加严格。为此该项目在工程设计中针对项目高NH4+-N的特点，在吸收OLAND和ANAMMOX工艺特点的基础上，对处理工艺的选择做了积极有益的探索，并在实际工程的处理效果及二次污染问题的解决上取得了成功。

3.2.1 理想菌群的优化

该项目的设计过程引入OLAND工艺理念，从2008年起至2010年持续进行各种规模的试验和工艺优化，为了满足实际工况的需求，在菌种优化的过程中，最终发现使用一种以芽孢杆菌为主要菌种的复合菌群，配合限氧环境的控制，在实现同步硝化反硝化的同时，去除COD、磷并除臭。工程上采用生物膜法和泥法组成不同的处理单元，使得系统NH4+-N去除效率保证值在98%以上，TN去除效率在满足BOD:TN>1.5条件下保证值在90%以上。

其主要机理为：(1)限氧条件下，一部分氨氮在该菌群作用下转化为亚硝态氮(式3)，与另一部分氨氮反应实现同步反硝化脱氮(式4);(2)限氧条件下，该菌群将磷转化为ATP存储于微生物体内，实现除磷(式5);(3)限氧条件下，将系统的氧化还原电极电位(ORP)控制在亚硝酸盐生成的ORP，由于亚硝酸盐生成的ORP高于生成S2-的ORP，因此污水中的S主要以S0和SO42-的形式存在，从而达到脱臭效果(式6)。

在对菌群的深入研究中进一步发现，芽孢杆菌具有远大于一般微生物菌种的体型。

更大的体型使之可以分泌更多胞外聚合物，具有以下显著的优势化功能特征：

(1)芽孢杆菌具有丰富的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶、脱氢酶、脱羧酶、氧化酶等，能高效分解碳系污染物;

(2)芽孢杆菌具有丰富的氧化酶，可解决有机氮及硫化物的臭气污染问题;

(3)芽孢杆菌自带絮凝性，利于固液分离，不易发生污泥膨胀;

(4)芽孢杆菌对大肠杆菌具有抑制能力;

(5)芽孢杆菌能适应低氧环境，节约能耗;

(6)芽孢杆菌为主的菌群在系统碳源丰富时，可利用有机碳源进行反硝化，当系统碳源缺乏时，可以NH4+为电子供体进行反硝化。

针对芽孢杆菌群的优势化特征，如能为该菌群提供适合其繁殖生长的良性环境和工艺，可能会产生较好的工程化应用效果。

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