厭氧氨氧化菌是一類細(xì)菌，屬于浮霉菌門，“紅菌”是業(yè)內(nèi)對(duì)厭氧氨氧化菌的俗稱，通過生物化學(xué)反應(yīng)，它們可以將污水中所含有的氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)馊コ?。它們?duì)全球氮循環(huán)具有重要意義，也是污水處理中重要的細(xì)菌。

厭氧氨氧化究竟有多熱

01

目前在國內(nèi)外水處理行業(yè)，厭氧氨氧化已經(jīng)是家喻戶曉的概念。我們都知道厭氧氨氧化能成功減少污水廠六成的能源消耗、節(jié)省一至兩倍的開銷，也減少了九成的二氧化碳排放，成為當(dāng)下國際上研究最為火熱的課題。

在目前的污水處理領(lǐng)域，如果說不知道厭氧氨氧化技術(shù)，真覺得有點(diǎn)不好意思。

1.厭氧氨氧化是未來概念廠的核心技術(shù)

降低能耗：由于厭氧氨氧化工藝是在厭氧條件下直接將氨氮和亞硝氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)?，同時(shí)在好氧段只需將氨氮氧化為亞硝氮，省略后續(xù)亞硝氮氧化為硝態(tài)氮，所以節(jié)省了曝氣量；能源回收：厭厭氧氨氧化菌將傳統(tǒng)反硝化過程所需的外加碳源全部省略，污水中的有機(jī)物可最大限度的進(jìn)行回收產(chǎn)甲烷，而不是被氧化成二氧化碳。產(chǎn)生的甲烷又可以作為能源重新利用，從而使污水變廢為寶，成為“液體黃金”。因此說，厭氧氨氧化的出現(xiàn)使得污水處理廠從耗能除污的末端，有機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)化為零能耗或者能量輸出的化工廠。

2.厭氧氨氧化近年來學(xué)術(shù)文章的發(fā)表數(shù)量呈井噴姿態(tài)

下圖是webofscience中以anammox檢索的文獻(xiàn)數(shù)量。圖中可以看出，從1996年第一篇有關(guān)厭氧氨氧化的文章問世，一直到2014年刊載243篇，厭氧氨氧化文章年發(fā)表量呈指數(shù)增長(zhǎng)?？梢妳捬醢毖趸夹g(shù)目前在國際上研究是多么火熱。

02

厭氧氨氧化是如何產(chǎn)生的

Gist-Brocades酵母廠位于荷蘭鹿特丹市市中心，由于工廠產(chǎn)生大量臭雞蛋味的氣體和含硫廢物，因此該廠并不受當(dāng)?shù)厝藲g迎。為了討好廠區(qū)附近的鄰居，該公司設(shè)計(jì)了一道除味的工藝，就是用厭氧池來取代密閉出水。因此該廠將80年代中期建的一所中試改成厭氧池，使得硫化物濃度有所下降。但是，當(dāng)居民在呼吸上松了一口氣后，廠里的工人們卻注意到了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象。道理上，氨需要氧進(jìn)行降解，所以工程師認(rèn)為厭氧池中的氨氮濃度應(yīng)該保持不變。但是幾個(gè)月后，氨濃度仍繼續(xù)降低，并且開始產(chǎn)生氮?dú)狻?/p>

出于好奇，該工廠聯(lián)系了戴爾福特工業(yè)大學(xué)的生物學(xué)家GijsKuenen。Kuenen猜測(cè)可能是厭氧菌的作用，厭氧菌可能會(huì)利用氨和亞硝生成氮?dú)夂退?。?xì)菌能夠進(jìn)行厭氧氨氧化或厭氧氨氧化反應(yīng)的觀點(diǎn)大約在10年前就已經(jīng)被提出，但大部分微生物學(xué)家都持懷疑態(tài)度，因?yàn)橹皬膩頉]有發(fā)現(xiàn)過這種菌，并且也從沒見自然發(fā)生過。

Kuenen意識(shí)到神奇的厭氧氨氧化菌可能會(huì)提供一個(gè)新的污水處理方法，如果在其他地方也有所發(fā)現(xiàn)，那么該菌在自然界中將會(huì)非常重要。所以Kuenen決定要研究一下。他的前博士生MarcStrous說“這是一個(gè)勇敢的舉動(dòng)，”MarcStrous目前在荷蘭的內(nèi)梅亨大學(xué)，“Kuenen開始研究一些他所有同事都認(rèn)為不存在的東西?！?/p>

我們并不知道浮霉菌能否進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)，但Kuenen的團(tuán)隊(duì)用氨和亞硝培養(yǎng)出了厭氧氨氧化菌，并觀察到培養(yǎng)底物的消失。基因分析證實(shí)了該微生物，它們臨時(shí)命名為Brocadiaanammoxidans；anammoxidans是它們獨(dú)特的生物化學(xué)特性，Brocadia是它們被發(fā)現(xiàn)的地方，由于該菌鮮紅的顏色從而留給研究者們美好而深刻的印象。

本文發(fā)表以后，所有同事的觀點(diǎn)一夜之間全部都改變。MikeJetten也是內(nèi)梅亨大學(xué)微生物學(xué)家，并且繼續(xù)從事該項(xiàng)工作，他說“這是一個(gè)真正的轉(zhuǎn)折點(diǎn)”。在文章發(fā)表前，多數(shù)微生物學(xué)家不相信會(huì)發(fā)生厭氧氨氧化。但這之后，該理論得到了廣泛的認(rèn)同，并且厭氧氨氧化菌在地球氮循環(huán)中也有了它們應(yīng)有的位置。

國外對(duì)于厭氧氨氧化的研究進(jìn)展

03

在國際上，很多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)、公司在持續(xù)性開發(fā)主流厭氧氨氧化工藝，一些團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行或者已經(jīng)進(jìn)行了規(guī)?；闹性?，甚至很多廠已經(jīng)做完前期的概念方案設(shè)計(jì)。每個(gè)團(tuán)隊(duì)都想盡快在世界范圍內(nèi)領(lǐng)先摘取這只明珠并領(lǐng)先國際同行。

新加坡

新加坡PUB前首席專家曹業(yè)始博士在前不久《中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì)》上的演講中向中國同行展示了樟宜再生水廠短程硝化-主流厭氧氨氧化（PN/A）的運(yùn)行效果。

奧地利

采用傳統(tǒng)AB處理工藝的奧地利Strass污水廠，因在能源自給方面取得的成功而名聲大噪。早在20世紀(jì)90年代，Strass污水廠就開始關(guān)注如何能在滿足工廠運(yùn)行之外實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能。其合理性在于污水中蘊(yùn)含的能量遠(yuǎn)高于處理污水所需的能耗。典型的歐洲污水按人口當(dāng)量計(jì)算，理論上污水中蘊(yùn)含的能量為18W/person，而處理污水的能耗約為5-7W/person。

美國

CANDO計(jì)劃在加州的這座Antioch污水廠，厭氧發(fā)酵后的污泥經(jīng)過快速的離心脫水工藝就被拿去作土地利用了，剩下的高氨氮濃縮濾出液如何呢?

他們正在進(jìn)行一個(gè)名叫CANDO的項(xiàng)目來為這個(gè)問題尋找解決方案。

CANDO的英文全稱是CoupledAerobic-anoxicNitrousDecompositionOperation，是由加州斯坦福大學(xué)的YanivScherson博士發(fā)明的一項(xiàng)新工藝。他們的目標(biāo)是回收N2O(nitrousoxide，一氧化二氮)

簡(jiǎn)單點(diǎn)說，它就是在厭氧氨氧化工藝的變體，傳統(tǒng)的厭氧氨氧化工藝將氨氮變成氮?dú)?，而CANDO就是讓氮元素”多飛一會(huì)兒”，在發(fā)電機(jī)里轉(zhuǎn)一圈變成氧氣再變回氮?dú)狻Ｖ性嚨哪康木褪强纯窗钡霓D(zhuǎn)化率和N2O的生成率如何。

04

國內(nèi)發(fā)展情況

目前，隨著厭氧氨氧化工藝的日趨成熟，國內(nèi)也逐漸開展了厭氧氨氧化處理工藝中試和工程規(guī)模的應(yīng)用。

安鵬應(yīng)用納濾膜對(duì)腈綸廢水二級(jí)生化尾水分離濃縮后，濃水再分別由Sharon-Anammox工藝脫氮，中試實(shí)驗(yàn)采用高純度anammox菌接種的生物膜法，并用立體簾式結(jié)構(gòu)無紡布填料進(jìn)行掛膜，可以實(shí)現(xiàn)低接種菌量下的anammox反應(yīng)器快速啟動(dòng)，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)氨氮和總氮去除率分別為85%和73%，Kueneniasp.為優(yōu)勢(shì)菌屬。

唐崇儉采樣上流式中試厭氧氨氧化反應(yīng)器處理味精廢水，當(dāng)HRT縮短至3.43h時(shí)，反應(yīng)器容積基質(zhì)氮去除速率可達(dá)3.45kg˙m-3˙d-1（以N的質(zhì)量計(jì)），認(rèn)為溫度對(duì)中試厭氧氨氧化的性能影響較大(唐崇儉等,2010)，且進(jìn)水pH宜控制在厭氧氨氧化適宜范圍的偏低水平（6.8左右）(唐崇儉等,2009)。

國內(nèi)實(shí)際工程中厭氧氨氧化設(shè)計(jì)和實(shí)施主要是荷蘭帕克公司，亦是基于Delft理工大學(xué)技術(shù)支持，在建或初步建成的以厭氧氨氧化為主體的污水處理工程有6個(gè)，如山東安琪酵母股份（濱州）有限公司，主要用于處理發(fā)酵廢水，設(shè)計(jì)進(jìn)水氨氮為300~800mg˙L-1，厭氧氨氧化反應(yīng)器500m3，運(yùn)行穩(wěn)定后去除負(fù)荷2kgNH4+-Nkg-1VSSd-1；內(nèi)蒙古通遼梅花生物科技有限公司，設(shè)計(jì)味精生產(chǎn)進(jìn)水氨氮濃度600mg˙L-1，厭氧氨氧化反應(yīng)器6700m3，主要以控制溶解氧實(shí)現(xiàn)氨氮部分轉(zhuǎn)化，通過厭氧氨氧化作用脫除氮素；山東祥瑞藥業(yè)有限公司，厭氧氨氧化反應(yīng)器4300m3，用于處理玉米淀粉和味精生產(chǎn)廢水，設(shè)計(jì)氨氮負(fù)荷1.42kg˙m-3˙d-1。這些厭氧氨氧化工程的成功實(shí)施，必將極大地加快厭氧氨氧化為主體的污水處理工藝在我國污水處理中的應(yīng)用。

目前，厭氧氨氧化工程化應(yīng)用主要還是集中在工業(yè)生產(chǎn)廢水的處理，而針對(duì)城市生活污水處理廠總氮提標(biāo)、生活垃圾填埋場(chǎng)垃圾滲濾液深度處理、豬場(chǎng)廢水成為農(nóng)業(yè)面源污染重要來源等問題和挑戰(zhàn)，厭氧氨氧化為主體的污水處理工藝的應(yīng)用將有重要前景。

厭氧氨氧化的未來？

05

厭氧氨氧化為主的工藝如Sharon-Anammox和CANON工藝，已經(jīng)隨著實(shí)驗(yàn)室的研究逐漸走向中試和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，并在垃圾滲濾液、污泥消化液、工業(yè)廢水、養(yǎng)殖廢水等方面得到成功應(yīng)用，未來應(yīng)用前景廣闊。但在其實(shí)際應(yīng)用過程中，仍存在諸多問題需要進(jìn)一步探討和研究，主要包括：

1.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用規(guī)模Anammox反應(yīng)器快速啟動(dòng)與

影響機(jī)制；

2.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境溫度變化，特別是中低溫環(huán)境

對(duì)Anammox菌活性的影響機(jī)制；

3.實(shí)際廢水中有機(jī)碳源對(duì)Anammox菌的抑制

效應(yīng)，以及Anammox與反硝化協(xié)同脫氮除碳作用研究；

4)除目前已應(yīng)用的廢水水質(zhì)外，更多低碳氮比

Anammox處理的工程化應(yīng)用研究與推廣。

06

垃圾滲濾液與厭氧氨氧化

風(fēng)清揚(yáng):脫氮是垃圾滲濾液處理的最大難題。

獨(dú)孤求敗:其實(shí)在垃圾滲濾液的處理中，厭氧氨氧化的應(yīng)用范圍也是比較窄的。這世界沒有最好的技術(shù)，只有合適的技術(shù)！

張無忌:垃圾滲濾液的難點(diǎn)重點(diǎn)是總氮，由其是垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的總氮超標(biāo)更為嚴(yán)重，根本原因在于碳氮比嚴(yán)重失調(diào)，根治總氮問題需要投加大量的碳源，而垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液有足夠多的碳源，B/C比高，反硝化效果較好，只要生化系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，硝化反硝化效果還是很明顯的。正因?yàn)槔鴿B濾液生化處理系統(tǒng)與膜應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合，才使得污泥濃度更高，提高了容積負(fù)荷，垃圾滲濾液中極難生物降解的有機(jī)物被分離出來。膜一但變成產(chǎn)品，各項(xiàng)性能指標(biāo)也就成形了，關(guān)鍵在于如何玩膜，玩好膜，也是門藝術(shù)。

垃圾滲濾液的難點(diǎn)如何突破，是該多討論的問題，一味地強(qiáng)調(diào)膜的作用，沒有多大的意義!膜的作用擺在那里，如何能提升膜的進(jìn)水水質(zhì)才是關(guān)鍵，影響垃圾滲濾液處理效果的主要矛盾是高氨氮，怎么樣處理這個(gè)高氨氮和殘余的持久性有機(jī)物是關(guān)鍵點(diǎn)，其中攻克該廢水的氨氮和總氮的問題，是解開這個(gè)水治理的鑰匙。

來源:環(huán)衛(wèi)之聲 

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