厌氧氨氧化在城市污水主流处理工艺中的应用

2主流Anammox的应用及其影响因素

在世界范围内，以Anammox为基础工艺的污水处理厂超过110座，其中约75%用于侧流城市污水处理。尽管已有Anammox主流应用的实际案例，但多数需要进一步优化。直接应用以Anammox为基础工艺的方法处理城市废水，依然面临着进水氨氮浓度低、处理温度低、进水水质波动、能否长期稳定运行的挑战，因此，仍需做进一步的研究。

表1列出了不同条件下(温度、pH、C/N等)不同反应器中主流Anammox的脱氮性能，用以比较不同因素对Anammox工艺运行的影响。

表1主流Anammox的研究与应用

2.1温度

城市污水主流温度一般为10～20℃左右，低于AnAOB(25～40℃)生长的最适宜温度，这会影响Anammox的性能。在PN/A工艺中，短程硝化段也会受到温度的影响，这是因为AOB在低温条件下活性会受到抑制，降低氨氮的转化率，并且AOB的活化能高于NOB，导致NO2-的积累不足，无法为Anam-mox反应提供足够的底物。

然而，有研究发现，当Anammox由高温(30℃)向低温(10℃)变化时，AnAOB优势菌属由Ca.Bro-cadia转变为Ca.Kuenenia，说明某些AnAOB可以在低温下进行有效的Anammox过程。V.Kouba等在21～23℃条件下，成功运行了一段式短程硝化厌氧氨氧化MBBR反应器，并进一步降低温度，在12.5℃的条件下，通过批次试验证明AnAOB也具有较强的活性〔NRR=40g/(m3·d)〕，而低温对短程硝化的影响更为显著，从而提出AOB的低活性是抑制PN/A低温运行的原因，这可以通过两段式PN/A进行改善。

M.Laureni等采用SBR反应器进行一段式PN/A试验，控制温度由29℃阶梯式递减至12.5℃，发现在15～12.5℃时，反应器脱氮性能的弱化程度更为显著，说明温度线性变化时，微生物的活性将发生复杂的变化，这与J.A.SanchezGuillen等的试验结果相一致。另外，M.Tomaszewski等在研究中发现，随着温度的降低，AnAOB最适宜的pH范围减小，即在低温条件下，适当地提高pH可以提高Anammox工艺的脱氮效率。

2.2有机物

2.2.1有机物的影响

一般认为，有机物会促进异养微生物的增殖，这些微生物会占据AnAOB生存空间，从而影响脱氮性能。但不同的有机物对Anammox的影响不同。研究发现，甲醇、乙醇等醇类会抑制Anammox过程;葡萄糖、甲酸盐等对其性能不会造成影响;而乙酸盐、丙酸盐不仅不影响，还可以被AnAOB利用。

如Ca.Brocadiafulgida能够以乙酸作电子供体，Ca.Anammoxoglobuspropionicus可以利用丙酸。总而言之，有机物对Anammox的抑制与促进尚需进一步研究，这对Anammox在主流工艺中的应用具有重要意义。

2.2.2碳氮比的影响

对于全程自养脱氮工艺，在进水C/TN<0.5时，可以获得较好的脱氮性能，也有认为0.7为适合Anammox工艺的C/N〔。当调整C/N在最佳范围之内时，可以保证系统长期处于稳定状态。但有研究发现，在较高的C/N条件下也可能实现反应器的启动与正常运行。

F.Persson等在一段式PN/AMBBR反应器中，考察了不同的C/NH4+-N对反应器脱氮性能的影响。结果表明，当进水C/NH4+-N升高至1.12时，脱氮效果明显下降。

但实验也发现，氮去除负荷并非随着C/NH4+-N的升高而绝对降低，如第2阶段与第1阶段相比，C/NH4+-N上升，但氮去除负荷增加，这可能与进水氨氮浓度足够高或C/NH4+-N尚低，还不足以影响系统的脱氮性能有关。

A.Malovanyy等在1个中试MBBR反应器中发现了相似的现象，当C/TN由1.19变为2.31时，氮去除效率由35%下降至19%，而当C/TN为1.61时，氮去除效率为40%。这说明在低温、低氨氮浓度的主流条件下，相较于侧流条件C/TN对系统脱氮性能的影响更大。所以，必须尽可能地降低主流污水中有机物含量。

2.2.3碳的去除

碳的去除效果不仅关系到能否为AnAOB营造适宜的环境，还会影响能源的回收。在污水处理过程中去除含碳有机物，通常采用的方法有初沉池处理、化学强化初级处理、高负荷活性污泥法或几种方法的联合等。

据文献报道，用高负荷活性污泥法对生活污水进行前处理，可部分去除水中的COD，从而得到低C/TN的出水。以之作为Anammox工艺的进水，能够确保较高的总氮去除效率〔(80±4)%〕。A.Malovanyy等在实验室运行条件下，采用UASB反应器处理城市污水，降低了水中COD的量，出水COD平均为61mg/L。

以此出水作为Anammox为基础工艺的MBBR反应器进水，该反应器稳定运行了21个月。YandongYang等采用强化生物除磷反应器，在低HRT、低SRT的运行条件下，使污水COD从237.5mg/L降至56.1mg/L，保证了后续反应器的处理效果。

2.3溶解氧

在PN/A系统里，一般认为溶解氧(DO)的存在会促进NOB的生长，其与AnAOB竞争底物，从而影响Anammox反应性能。XuemingChen等采用膜生物反应器分别处理模拟主流和侧流含氮废水，发现随氧表面负荷的增大，NOB的量均增加。但YandongYang等在主流条件下的研究中发现，保持一定的污泥浓度、适当地升高DO可以提高脱氮性能，当DO由0.15mg/L增至0.3mg/L时，氮去除负荷可提高到0.105kg/(m3·d)。另外，污泥的形态不同，对DO的适应能力也不尽相同。在颗粒污泥和生物膜中，好氧菌与厌氧菌会出现分层的情况，即好氧菌分布在外层氧气较多的部分，而厌氧菌分布在相对内层。

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