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(guò)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(guó)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(guó)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(shuō)不知道厭氧氨氧化技術(shù)，真覺(jué)得有點(diǎn)不好意思。
1.厭氧氨氧化是未來(lái)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(guò)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(shuō)，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(lái)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(wèn)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?jiàn)厭氧氨氧化技術(shù)目前在國(guó)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(lái)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?lái)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)過(guò)這種菌，并且也從沒(méi)見(jiàn)自然發(fā)生過(guò)。
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(shuō)“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?；蚍治鲎C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(shuō)“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(guó)外對(duì)于厭氧氨氧化的研究進(jìn)展
03
在國(guó)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)?；闹性嚕踔梁芏鄰S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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)
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(guò)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(lái)為這個(gè)問(wèn)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(shuō)，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)?。中試的目的就是看看氨氮的轉(zhuǎn)化率和N2O的生成率如何。
04
國(guó)內(nèi)發(fā)展情況
目前，隨著厭氧氨氧化工藝的日趨成熟，國(guó)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(wú)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(guó)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(guò)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(guó)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(lái)源等問(wèn)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(lái)？
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(lái)應(yīng)用前景廣闊。但在其實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，仍存在諸多問(wèn)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(méi)有最好的技術(shù)，只有合適的技術(shù)！
張無(wú)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(wèn)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(lái)。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(wèn)題，一味地強(qiáng)調(diào)膜的作用，沒(méi)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(wèn)題，是解開這個(gè)水治理的鑰匙。
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