北極星水處理網訊:厭氧氨氧化 (ANAMMOX) 工藝，最初由荷蘭Delft工業大學於20 世紀末開始研究，並於本世紀初成功開發應用的一種新型廢水生物脫氮工藝。它以20 世紀90 年代發現的ANAMMOX 反應為基礎，該反應在厭氧條件下以氨為電子供體，亞硝酸鹽為電子受體反應生成氮氣，在理念和技術上大大突破了傳統的生物脫氮工藝。
ANAMMOX 工藝具有脫氮效率高、運行費用低、佔地空間小等優點，在汙水處理中發展潛力巨大。目前該工藝在處理市政汙泥液領域已日趨成熟，位於荷蘭鹿特丹Dokhaven 汙水廠的世界上首個生產性規模的ANAMMOX 裝置容積氮去除速率 (NRR) 更是高達9.5 kg N/(m3·d)。此外，ANAMMOX 工藝在發酵工業廢水、垃圾滲濾液、養殖廢水等高氨氮廢水處理領域的推廣也逐步開展，在世界各地的工程化應用也呈星火燎原之勢。
1、ANAMMOX 工藝及其衍生工藝
經過20多年的研究和發展，基於ANAMMOX 反應開發出來的較成熟的工藝有SHARON -ANAMMOX 工藝、全程自養脫氮 (CANON) 工藝、限氧自養硝化反硝化 (OLAND) 工藝、反硝化氨氧化 (DEAMOX) 工藝、好氧反氨化(DEMON) 工藝。近年來，研究人員仍在不斷探索其他形式的ANAMMOX 衍生工藝，譬如同步短程硝化、厭氧氨氧化、反硝化耦合 (SNAD) 工藝、單級厭氧氨氧化短程硝化脫氮(Single-stage nitrogen removal using ANAMMOX）
目前，存在兩種方法為ANAMMOX 提供電子受體亞硝酸鹽，一種是在一個獨立的曝氣反應器中產生而隨後進入ANAMMOX 反應器，另一種是在一個無O2 或者微O2 的ANAMMOX反應器中產生並立即參與ANAMMOX 反應。據此，可將ANAMMOX 工藝相應分為分體式 (兩級系統) 和一體式 (單級系統) 兩種，一體式包括CANON、OLAND、DEAMOX、DEMON、SNAP 、SNAD 等工藝，分體式主要是SHARON-ANAMMOX 工藝。
一體式工藝的基建成本低、結構緊湊、裝置運行和控制簡單，並且其短程硝化產生的亞硝酸鹽立即參與ANAMMOX 反應，能有效避免因亞硝酸鹽累積造成的抑制，另外單位體積脫氮速率高也是一體化工藝的優勢。但是一體化工藝啟動時間長，反應器內微生物間的生態關係複雜，經受負荷衝擊時易失穩，並引發連鎖反應，導致「雪崩」效應，系統受擾紊亂後恢復時間也長。
與一體式工藝相比，分體式工藝中的兩反應器可單獨進行靈活和穩定的調控，系統受擾後恢復時間短，ANAMMOX 反應器進水具有相對穩定的氨氮和亞硝氮比例。其次由於短程硝化階段能削減某些毒物和有機物，避免其直接進入ANAMMOX 反應器，所以更適合處理含毒物和有機物的廢水。另外，處理高負荷含氮廢水時，分體式工藝的高投資成本會通過較低的運營成本得以補償。因此，這兩種工藝各有利弊，實際應用時需根據具體情況，做到「因水制宜，量水裁藝」。
2、ANAMMOX 工藝的工程應用現狀
在過去的10年裡，ANAMMOX工程化應用逐漸興起，ANAMMOX工程化裝置和研究文獻呈逐年增長趨勢。第一座工程化裝置的誕生與ANAMMOX 的發現和發展有短暫的滯後，由此可見中試和實驗室研究對工程化應用具有積極的推動作用。2014年末，全球範圍內ANAMMOX工程超過100 座。
為了更好地控制短程硝化反應，短程硝化-厭氧氨氧化 (PN-ANAMMOX) 裝置大多採用兩級系統或利用已有的短程硝化系統 (如SHARON 反應器)。但隨著工程化經驗越來越豐富，重點開始轉向單級系統。目前，工程化的裝置主要包括移動床生物膜反應器(MBBR)、顆粒汙泥反應器和序批式反應器(SBR)，還有少數生物轉盤 (RBC)和活性汙泥系統。
DEMON 是最為風靡的SBR 系統，該工藝首先裝配在奧地利Strass，採用自主設計的基於pH 調控的進水控制系統，用來處理汙泥壓濾液。利用水力旋流器可以分別調節適合氨氧化菌(AOB) 和ANAMMOX菌 (AnAOB) 的泥齡 (SRT)，並且可從接種汙泥中分離出生長緩慢的AnAOB。還能使小絮體中的亞硝酸氧化菌(NOB) 被洗出，使大聚集體中的AnAOB 得以持留。另一種SBR 技術是由瑞士聯邦水生科學技術研究所開發的基於氨控制的PN-ANAMMOX 工藝。該工藝最早裝配在瑞士，在每個運行周期的開始階段或者曝氣階段進水，進水流量受氨傳感器調控，因此SBR 運行周期長度不固定。氨信號也可由電導率信號替代，通過控制曝氣量確保短程硝化和ANAMMOX同步進行，一般溶解氧(DO) 濃度控制在0.1 mg/L 以下，通常情況下建議採用連續曝氣，啟動階段或者汙泥活性較低時採用間歇曝氣。
此外，一些PN-ANAMMOX 設施採用其他調控策略，差異主要在於進水模式 (間歇或連續)、汙泥存在形式 (懸浮或附著生長)、曝氣控制方式。比如德國Ingolstadt 汙水廠的SBR 採用間歇進水 (6 h 周期內進水4 次) 和間歇曝氣 (6 min 曝氣/9 min停止)。但在德國Gütersloh 汙水廠的SBR 周期為24 h，白天連續進水，進水量取決於汙泥壓濾液的產生量。當氨濃度達到上限時啟動曝氣，當pH 或者氨濃度跌至下限時停止曝氣，DO 濃度控制在0.5 mg/L 以下。
一體式顆粒汙泥反應器也應用於工業廢水的自養脫氮工程。目前在我國建造了數座實際工程，主要在發酵行業 (包括釀酒、味精、酵母廢水) ，其中通遼梅花味精廢水Ⅰ期工程ANAMMOX 反應器容積高達6600 m3，是迄今世界上規模最大的ANAMMOX工程。
傳統的生物膜技術也成功用於PN-ANAMMOX工藝。RBC是最早發現存有ANAMMOX反應的反應器之一，隨後被Ghent大學成功應用於OLAND工藝中。RBC的運營成本低，但工藝缺乏靈活性。目前，荷蘭Sneek市有兩座採用OLAND工藝處理厭氧消化廁所水的RBC 裝置，一座容積0.5 m3的裝置服務於64人口當量，另一座容積6m3服務於464人口當量。通過調節轉盤轉速(1−4 r/min)來實現工藝控制，確保DO 濃度處於目標值(0.60−0.65 mg/L)。荷蘭Hulst市也有利用RBC處理化肥生產廢水的工程，通過在線監測氨來調控進水，調節轉盤轉速控制DO濃度。預計到2015年該工程的氮負荷可達150kgN/d。
2001 年在德國Hattingen 汙水廠建造了一座生物膜PN-ANAMMOX 工程，用於處理汙泥壓濾液。該工程DeAmmon 工藝中MBBR 系統的40%−50%由填料填充，並設有曝氣裝置和攪拌器。2007 年第二座採用DeAmmon 工藝的MBBR裝置在瑞典Himmerfjärden 汙水廠開始建造。生物膜的理念還被應用在位於瑞典Malmö 的ANITAMoxTM 工藝設計中，該裝置不僅用於處理汙泥壓濾液，還可為其他裝置培養種子載體。在此基礎上採用複合固定膜活性汙泥裝置還可將性能提高3−4倍。
該複合裝置持留的懸浮汙泥具有90%的AOB，其負荷比單一的生物膜系統高。在PN-ANAMMOX 工藝中也有懸浮汙泥理念的應用。荷蘭Colsen 的新活性汙泥 (NAS) 系統即採用懸浮汙泥法，包括好氧、厭氧、攪拌室，依賴於PN-ANAMMOX 和硝化反硝化耦合作用來處理食品加工廢水。通過控制DO 和SRT 實現工藝調控。德國TERRANA 系統與複合固定膜活性汙泥法原理相似，起初在SBR 和分體式活性汙泥工藝中都添加膨潤土載體，用於AnAOB 附著和改善沉降性能，並且膨潤土還可為緩衝能力較弱的廢水補充鹼度。
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