一體化厭氧氨氧化工藝
在上一期中我們了解到兩段式厭氧氨氧化工藝并沒有得到持續(xù)的推廣。相反，目前厭氧氨氧化實際工程中大部分都采用一體化工藝。那么什么是一體化工藝呢，它又是怎么發(fā)展起來的呢？這一期我們就詳細(xì)介紹一下。
首先我們了解下一體化厭氧氨氧化的技術(shù)原理：一體化厭氧氨氧化工藝是指AOB和Anammox菌存在同一反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器在充氧的條件下，同時發(fā)生短程硝化和厭氧氨氧化反應(yīng)，將進(jìn)水中的氨氮直接轉(zhuǎn)化為氮氣。
其方程式是這樣的：
短程硝化（Nitritation）
1.32NH3+1.98O2
→ 1.32NO2- + 1.32H+ + 1.3H2O
厭氧氨氧化（Anammox）
NH3+1.32NO2 + H+
→0.26NO3- + 1.02N2+2H2O
整體反應(yīng)（Deammonification）
NH3+ 0.85O2
→ 0.44N2 + 0.11NO3-+ 1.43H2O + 0.14H+
而實際上，一體化厭氧氨氧化工藝是與兩段式工藝平行發(fā)展起來的，梳理一體化工藝的發(fā)展歷史，大家會發(fā)現(xiàn)工程應(yīng)用領(lǐng)域和科學(xué)研究領(lǐng)域之間微妙的關(guān)系。
一體化工藝的發(fā)展歷史
1.來自學(xué)術(shù)界的嘗試：
在厭氧氨氧化菌初期研究，有重要的一個觀點是“厭氧氨氧化菌會受到DO的抑制而失去活性”。從此在富集厭氧氨氧化菌的試驗研究中，科研工作者都會盡可能避免溶解氧對厭氧氨氧化菌增殖的抑制。小編在培養(yǎng)厭氧氨氧化菌試驗過程中，也對進(jìn)水進(jìn)行氮氣吹脫以避免氧氣影響，也經(jīng)歷過氧氣混入進(jìn)水導(dǎo)致系統(tǒng)脫氮效果大幅下降的情況。因此對于一體化厭氧氨氧化工藝，大家的思維慣性認(rèn)知是：一體化富集培養(yǎng)厭氧氨氧化菌雖然可行，但是存在溶解氧抑制，一體化較之兩段式應(yīng)該更加困難富集厭氧氨氧化菌。
但是科研工作者總是喜歡挑戰(zhàn)困難，并且利用事實來說明道理。因此科研工作者運用不同的工藝和啟動方式進(jìn)行了一系列的嘗試和研究，通過接種厭氧氨氧化菌或者硝化污泥，控制溶解氧等，在2000年前后，就成功建立了實驗室規(guī)模的短程硝化-厭氧氨氧化系統(tǒng)。典型的一體化工藝有：OLAND、CANON工藝等。實驗室的研究說明一體化工藝具有技術(shù)可行性。但是實驗室中一體化工藝的負(fù)荷較之兩段式偏低，導(dǎo)致當(dāng)時一體化工藝的推廣應(yīng)用的吸引力有限。
2.來自工程界的現(xiàn)象：
本世紀(jì)初，郝曉地教授與Mark教授合作發(fā)文，通過模型推測在高氨氮硝化生物膜中必然存在厭氧氨氧化菌生長的條件。那么在實際的高氨氮廢水處理工程，能否觀察到厭氧氨氧化現(xiàn)象呢？答案是肯定的。在德國的漢諾威等一些高氨氮污水處理廠，在氨氮負(fù)荷情況下出現(xiàn)了不明的氮損失，用反硝化反應(yīng)、同化反應(yīng)等已知途徑都無法合理的解釋。2002年到科研人員應(yīng)用氮示蹤和分子生物學(xué)技術(shù)確認(rèn)了氮損失主要來自于厭氧氨氧化途徑。同時在世界其他各地，也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)高氨氮廢水系統(tǒng)中紅色生物膜的出現(xiàn)。實際工程中出現(xiàn)的厭氧氨氧化現(xiàn)象說明一體化工藝的工程可行性。
3.商業(yè)化的嘗試：
隨著對一體化厭氧氨氧化研究的深入，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，一體化厭氧氨氧化工藝具有啟動迅速、流程簡單、操作方便的優(yōu)點。雖然在去除負(fù)荷等方面不及兩段式工藝，但是一體化在工程應(yīng)用中的綜合優(yōu)勢明顯。隨著工程建設(shè)經(jīng)驗的積累和運行控制策略的完善，目前高氨氮廢水厭氧氨氧化工程已經(jīng)進(jìn)入到全面推廣的階段。在這個過程中有兩個公司走在了全球應(yīng)用推廣的前列。
第一個是Paques公司。上一期介紹到，帕克公司參與了世界上首個兩段式厭氧氨氧化工程的應(yīng)用研究。與此同時該公司基于荷蘭代爾夫特的技術(shù)支持，也開展顆粒污泥形式的一體化厭氧氨氧化工程示范，目前該公司主要推廣的也是該工藝形式，而帕克公司建設(shè)運行的厭氧氨氧化工程，其處理規(guī)模全球第一。
另外一個是DEMON公司。DEMON公司在瑞士注冊，以絮體污泥和顆粒污泥結(jié)合的形式，通過pH進(jìn)行在線控制，通過旋流分離器實現(xiàn)菌種持留。年推測該公司可能和德國水務(wù)集團、瑞士EAWAG以及奧地利因斯布魯克大學(xué)的Benard Wett教授密切相關(guān)。目前DEMON公司建設(shè)運行的厭氧氨氧化工程，數(shù)量全球第一。
4.未來發(fā)展：
目前多家水務(wù)集團都開發(fā)了不同類型的一體化厭氧氨氧化工藝，并注冊專利技術(shù)，在國內(nèi)外進(jìn)行推廣。未來應(yīng)用厭氧氨氧化技術(shù)處理的工程項目會不斷增加。高氨氮廢水厭氧氨氧化處理領(lǐng)域，還是環(huán)保領(lǐng)域的藍(lán)海。
篇外語：城市污水處理中是否也應(yīng)該選擇一體化厭氧氨氧化工藝呢。Mark教授在新加坡水周的會議中曾說道：“高氨氮廢水研究中一體化工藝已經(jīng)成為主流，但是在城市污水的應(yīng)用中，我對選擇兩段式工藝和一體化工藝還持有保留的態(tài)度。”小編認(rèn)為，未來城市污水厭氧氨氧化工藝的主流也是一體化工藝。大家如果有不同的見解可以給我們留言或發(fā)送郵件，我們會第一時間回復(fù)您！
