厌氧氨氧化的条件与解决办法

前面我们提到，Annamox几乎无需有机碳源，可节约大量能耗，工艺本身也不产生剩余污泥，同时，其z高容积氮去除速率达9.5kg·N/(m³·d) ，远远高于传统的硝化反硝化工艺（容积氮去除率<0.50kg·N/(m³·d)） ，据国外的运行数据显示，其处理费用为0.75欧元/kg·N，远远低于传统生物脱氮工艺处理费用的2-5欧元/kg·N。

不过，生活已经让我们形成了这样一种条件反射，好东西必定难得。Annamox既然这么好，那一定不容易实现，果然。控制短程硝化反应难度就非常大。

短程硝化Z重要的几个条件

一是高温，只有在30-35℃情况下，AOB的比增长速率才大于NOB，才能富集足够的AOB使氨氮被氧化为亚硝态氮，又不进一步被NOB氧化为硝态氮。

二是高氨氮，高氨氮的情况下，才有足够的游离氨抑制NOB，使AOB竞争过NOB。

三是低碳氮比，碳氮比较低才能控制异养菌的生长，从而不与AOB竞争。

其次，Anammox的运行条件也非常苛刻。

AnAOB的Z佳生长pH范围为6.7-8.3，Z佳生长温度范围为30-37℃，同时，AnAOB增殖时间长，对碳氮比、溶解氧等条件的要求也比较高，还会受抑制物及有毒物质的影响。

这些条件中，Z难得的是温度。

一般污水处理厂的污水温度只有在夏天才能达到这个区间值，冬季一般只有十几度。而如果将污水人工加温至30℃以上，那能耗将会是天量，得不偿失。

如此苛刻的条件，使得污水厂一般都在主流之外的侧流上设法实现突破。

此处的主流是指污水处理工艺主流程的液流。侧流是指污泥的浓缩水的液流，包括污泥重力浓缩的溢流液、脱水机滤液、污泥焚烧的洗涤水等。这种水一般富含营养物、悬浮物、有机与无机物质等，可实现高氨氮浓度的条件。

城市污水处理厂中侧流水量通常很小，只占总水量的1%左右，但水质浓度很高，氨氮浓度通常可达1000mg/L，高浓度的氨氮使得游离氨浓度也相对较高，可以抑制NOB。

而且，侧流水一般通过“厌氧消化”回收碳源，可降低碳氮比，同时，厌氧消化过程中会产生热量，出水温度一般可达到30℃以上。

高氨氮、低碳氮比、高水温，这些正是实现短程硝化乃至厌氧氨氧化的重要条件。

因此，在市政污水领域，厌氧氨氧化反应器往往以侧流的方式，安装在污泥消化或污泥脱水之后。而在工业废水领域，厌氧氨氧化则通常直接应用在厌氧反应器之后，已经被应用在食品，半导体等众多工业领域的污水处理中。

通过侧流实现短程硝化与厌氧氨氧化脱氮，处理后的水再回归到主流，可有效的降低主流的氨氮负荷。

那么，侧流的脱氮方法是否可以应用到主流呢？答案是肯定的。

一种方法是通过侧流接种污泥到主流，使得AOB和AnAOB生物菌得到强化，从而实现主流工艺的厌氧氨氧化。下面以AB法加旁侧流接种主流厌氧氨氧化进行说明。

如下图所示，A段生物吸附池中，有机物会快速被吸附，被吸附的有机物通过沉淀池沉淀和浓缩池浓缩后，进入厌氧消化池。从消化池出来的污泥上清液具有高温、高氨氮和低碳氮比的条件，可控制其在旁侧短程硝化池实现短程消化，经旁侧沉淀池沉淀分离后，进入主流半短程反应池，补充主流短程硝化污泥，经二沉池后，进入Anammox反应器。

上述相当于一个两段式厌氧氨氧化流程，半短程硝化与厌氧氨氧化反应分别在两个反应池内进行。如果在同一个反应池内，通过控制曝气，先将部分氨氮氧化为亚硝态氮，再转变为严格厌氧环境，进行厌氧氨氧化反应，则为一段式厌氧氨氧化。

一段式厌氧氨氧化反应器可以节约占地和投资。2006年后，大部分厌氧氨氧化反应器均为一段式。

主流厌氧氨氧化，主要需要解决低温下AOB和AnAOB的生长与截留问题。

首先是AOB的生长与截留。

AOB的生长与保留主要有两种方法：第l一种是从侧流向主流工艺中补充微生物，进行微生物强化控制。侧流工艺中的高氨氮负荷、高温条件非常利于AOB的生长，补充到温度和负荷均较低的主流环境中，可以使AOB在低温时竞争过NOB。第二种是通过生物膜或颗粒污泥的方式来实现AOB的生长与保留。

其次是AnAOB的生长与截留。

AnAOB的生长速率在低温情况下非常慢，其世代时间（繁殖一代的时间）需要1~2周，而硝化菌只需要1天。强化AnAOB菌在主流工艺中的数量一种方法便是通过侧流的生物强化补充。实验结果显示，30℃温度下培养的AnAOB颗粒污泥，在16℃条件下粒径分布不变，但其活性有所下降，氨氮和亚硝态氮去除率平均值分别可达78%和92%，可以满足脱氮需要。

另一种方式是通过旋流器分离保留AnAOB。

下图是DEMON工艺的旋流器示意图，在侧流中的AnAOB菌经过旋流器分离后补充到主流工艺中，富含AOB的溢流也汇入主流。而主流工艺中的污泥在经过旋流器后，分离出的AnAOB也回到主流，溢流中的絮体微生物则进入污泥处理单元。

上述是通过侧流接种对主流进行生物强化的方式。我们在前面提到，在工业废水领域，厌氧氨氧化通常直接应用在厌氧反应器之后。因为可生化性良好的工业废水一般营养物、有机浓度等都很高，不必通过侧流浓缩处理。这也是一种主流厌氧氨氧化方式。

其实，由此可推断，如果我们能够设法提高污水浓度，比如浓缩，或者混合高浓度废水，将有利于厌氧氨氧化的实现。例如，奥地利Strass污水厂就采取投加垃圾渗滤液的方式，不仅进一步提高了氮负荷，还带来了新的收入来源。

还有的污水厂本身就具有得天独厚的条件。比如，新加坡樟宜污水处理厂，就是世界上第l一例无需侧流接种而实现主流厌氧氨氧化的污水处理厂。主要原因在于，新加坡地处热带地区，温度常年在30℃以上，为实现短程硝化与厌氧氨氧化提供了天然的便利条件。