厭氧氨氧化菌是一類細菌，屬于浮霉菌門，“紅菌”是業(yè)內對厭氧氨氧化菌的俗稱，通過生物化學反應，它們可以將污水中所含有的氨氮轉化為氮氣去除。它們對全球氮循環(huán)具有重要意義，也是污水處理中重要的細菌。
厭氧氨氧化究竟有多熱
01
目前在國內外水處理行業(yè)，厭氧氨氧化已經是家喻戶曉的概念。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，成為當下國際上研究最為火熱的課題。
在目前的污水處理領域，如果說不知道厭氧氨氧化技術，真覺得有點不好意思。
1.厭氧氨氧化是未來概念廠的核心技術
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化成氮氣，同時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，污水中的有機物可最大限度的進行回收產甲烷，而不是被氧化成二氧化碳。產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，有機會轉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術文章的發(fā)表數(shù)量呈井噴姿態(tài)
下圖是webofscience中以anammox檢索的文獻數(shù)量。圖中可以看出，從1996年第一篇有關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?？梢妳捬醢毖趸夹g目前在國際上研究是多么火熱。
02
厭氧氨氧化是如何產生的
Gist-Brocades酵母廠位于荷蘭鹿特丹市市中心，由于工廠產生大量臭雞蛋味的氣體和含硫廢物，因此該廠并不受當?shù)厝藲g迎。為了討好廠區(qū)附近的鄰居，該公司設計了一道除味的工藝，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奇怪的現(xiàn)象。道理上，氨需要氧進行降解，所以工程師認為厭氧池中的氨氮濃度應該保持不變。但是幾個月后，氨濃度仍繼續(xù)降低，并且開始產生氮氣。
出于好奇，該工廠聯(lián)系了戴爾福特工業(yè)大學的生物學家GijsKuenen。Kuenen猜測可能是厭氧菌的作用，厭氧菌可能會利用氨和亞硝生成氮氣和水。細菌能夠進行厭氧氨氧化或厭氧氨氧化反應的觀點大約在10年前就已經被提出，但大部分微生物學家都持懷疑態(tài)度，因為之前從來沒有發(fā)現(xiàn)過這種菌，并且也從沒見自然發(fā)生過。
Kuenen意識到神奇的厭氧氨氧化菌可能會提供一個新的污水處理方法，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“這是一個勇敢的舉動，”MarcStrous目前在荷蘭的內梅亨大學，“Kuenen開始研究一些他所有同事都認為不存在的東西?！?/p>
我們并不知道浮霉菌能否進行厭氧氨氧化反應，但Kuenen的團隊用氨和亞硝培養(yǎng)出了厭氧氨氧化菌，并觀察到培養(yǎng)底物的消失?；蚍治鲎C實了該微生物，它們臨時命名為Brocadiaanammoxidans；anammoxidans是它們獨特的生物化學特性，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，所有同事的觀點一夜之間全部都改變。MikeJetten也是內梅亨大學微生物學家，并且繼續(xù)從事該項工作，他說“這是一個真正的轉折點”。在文章發(fā)表前，多數(shù)微生物學家不相信會發(fā)生厭氧氨氧化。但這之后，該理論得到了廣泛的認同，并且厭氧氨氧化菌在地球氮循環(huán)中也有了它們應有的位置。
國外對于厭氧氨氧化的研究進展
03
在國際上，很多學者和研究機構、公司在持續(xù)性開發(fā)主流厭氧氨氧化工藝，一些團隊正在進行或者已經進行了規(guī)模化的中試，甚至很多廠已經做完前期的概念方案設計。每個團隊都想盡快在世界范圍內領先摘取這只明珠并領先國際同行。
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)污泥處理處置技術與應用高級研討會》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90年代，Strass污水廠就開始關注如何能在滿足工廠運行之外實現(xiàn)產能。其合理性在于污水中蘊含的能量遠高于處理污水所需的能耗。典型的歐洲污水按人口當量計算，理論上污水中蘊含的能量為18W/person，而處理污水的能耗約為5-7W/person。
美國
CANDO計劃在加州的這座Antioch污水廠，厭氧發(fā)酵后的污泥經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?
他們正在進行一個名叫CANDO的項目來為這個問題尋找解決方案。
CANDO的英文全稱是CoupledAerobic-anoxicNitrousDecompositionOperation，是由加州斯坦福大學的YanivScherson博士發(fā)明的一項新工藝。他們的目標是回收N2O(nitrousoxide，一氧化二氮)
簡單點說，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氣，而CANDO就是讓氮元素”多飛一會兒”，在發(fā)電機里轉一圈變成氧氣再變回氮氣。中試的目的就是看看氨氮的轉化率和N2O的生成率如何。
04
國內發(fā)展情況
目前，隨著厭氧氨氧化工藝的日趨成熟，國內也逐漸開展了厭氧氨氧化處理工藝中試和工程規(guī)模的應用。
安鵬應用納濾膜對腈綸廢水二級生化尾水分離濃縮后，濃水再分別由Sharon-Anammox工藝脫氮，中試實驗采用高純度anammox菌接種的生物膜法，并用立體簾式結構無紡布填料進行掛膜，可以實現(xiàn)低接種菌量下的anammox反應器快速啟動，穩(wěn)定運行時氨氮和總氮去除率分別為85%和73%，Kueneniasp.為優(yōu)勢菌屬。
唐崇儉采樣上流式中試厭氧氨氧化反應器處理味精廢水，當HRT縮短至3.43h時，反應器容積基質氮去除速率可達3.45kg˙m-3˙d-1（以N的質量計），認為溫度對中試厭氧氨氧化的性能影響較大(唐崇儉等,2010)，且進水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)。
國內實際工程中厭氧氨氧化設計和實施主要是荷蘭帕克公司，亦是基于Delft理工大學技術支持，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，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，設計進水氨氮為300~800mg˙L-1，厭氧氨氧化反應器500m3，運行穩(wěn)定后去除負荷2kgNH4+-Nkg-1VSSd-1；內蒙古通遼梅花生物科技有限公司，設計味精生產進水氨氮濃度600mg˙L-1，厭氧氨氧化反應器6700m3，主要以控制溶解氧實現(xiàn)氨氮部分轉化，通過厭氧氨氧化作用脫除氮素；山東祥瑞藥業(yè)有限公司，厭氧氨氧化反應器4300m3，用于處理玉米淀粉和味精生產廢水，設計氨氮負荷1.42kg˙m-3˙d-1。這些厭氧氨氧化工程的成功實施，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用。
目前，厭氧氨氧化工程化應用主要還是集中在工業(yè)生產廢水的處理，而針對城市生活污水處理廠總氮提標、生活垃圾填埋場垃圾滲濾液深度處理、豬場廢水成為農業(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，已經隨著實驗室的研究逐漸走向中試和現(xiàn)場應用，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用，未來應用前景廣闊。但在其實際應用過程中，仍存在諸多問題需要進一步探討和研究，主要包括：
1.現(xiàn)場應用規(guī)模Anammox反應器快速啟動與
影響機制；
2.現(xiàn)場應用環(huán)境溫度變化，特別是中低溫環(huán)境
對Anammox菌活性的影響機制；
3.實際廢水中有機碳源對Anammox菌的抑制
效應，以及Anammox與反硝化協(xié)同脫氮除碳作用研究；
4)除目前已應用的廢水水質外，更多低碳氮比
Anammox處理的工程化應用研究與推廣。
06
垃圾滲濾液與厭氧氨氧化
風清揚:脫氮是垃圾滲濾液處理的最大難題。
獨孤求敗:其實在垃圾滲濾液的處理中，厭氧氨氧化的應用范圍也是比較窄的。這世界沒有最好的技術，只有合適的技術！
張無忌:垃圾滲濾液的難點重點是總氮，由其是垃圾填埋場滲濾液的總氮超標更為嚴重，根本原因在于碳氮比嚴重失調，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)設計合理，硝化反硝化效果還是很明顯的。正因為垃圾滲濾液生化處理系統(tǒng)與膜應用技術相結合，才使得污泥濃度更高，提高了容積負荷，垃圾滲濾液中極難生物降解的有機物被分離出來。膜一但變成產品，各項性能指標也就成形了，關鍵在于如何玩膜，玩好膜，也是門藝術。
垃圾滲濾液的難點如何突破，是該多討論的問題，一味地強調膜的作用，沒有多大的意義!膜的作用擺在那里，如何能提升膜的進水水質才是關鍵，影響垃圾滲濾液處理效果的主要矛盾是高氨氮，怎么樣處理這個高氨氮和殘余的持久性有機物是關鍵點，其中攻克該廢水的氨氮和總氮的問題，是解開這個水治理的鑰匙。
來源:環(huán)衛(wèi)之聲
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