南瑞琦1 秦磊2 陈曼丽3
1 郑州源致和环保科技有限公司 河南郑州 450000
2 中原环保股份有限公司 河南郑州 450000
3 郑州大学综合设计研究院有限公司 河南郑州 450000
摘要：我国的国民经济发展速度不断加快，城市化进程随之增快。对于国民经济发展及水资源的保护工作来说，探究高质量、高效率的污水处理模式，属于维护水资源的持续利用以及绿色循环发展的关键保障。近些年来，厌氧氨氧化工艺已经被广泛的应用到了处理高氨氮废水中，获得良好的效果。本文进行分析厌氧氨氧化工艺应用到城市生活污水中的可行性、应用情况、影响因素等等内容。
关键词：厌氧氨氧化；城市；生活污水；处理应用
在二十世纪的九十年代时，厌氧氨氧化在污水处理中首次被发现,随着时间的发展，厌氧氨氧化属于研究污水脱氮的热点内容。这项工艺的优势特点诸多，包括经济性较高、污泥产量较低、脱氮效率高、降低能源消耗等等，被广泛的应用到了处理高氨氮废水中。所以，将厌氧氨氧化工艺应用到城市生活污水的处理中，产生的现实意义巨大，可以减少污水处理厂运行成本，提升污水处理的质量。
一、厌氧氨氧化菌在城市生活污水处理厂中的丰度及多样性
（一）生物种群间的影响关系
在影响到厌氧氨氧化技术使用可行性的因素中，生物种群的多样性属于一种最主要的因素，产生的制约作用是非常显著的。运用厌氧氨氧化污水处理技术期间，厌氧氨氧化细菌、氨氧化细菌、亚硝酸盐氧化细菌、反硝化细菌之间协同、竞争关系，属于达到厌氧氨氧化工程应用的重要因素。其中的氨氧化细菌发挥出的功效就是，厌氧氨氧化反应准确时期，对于曝气进行有效的控制，其能够对于50%的氨氮进行氧化至亚硝阶段,获得电子受体。在季节改变的情况下，城市生活污水温度会产生一定的调动，亚硝酸盐氧化细菌基于低氨氮负荷状态中，生长速度跟氨氧化细菌相比明显更高。而且游离氨(FA)、游离亚硝酸(FNA)的质量浓度，会形成变动，影响到亚硝酸盐氧化细菌抑制功效，减少厌氧氨氧化细菌的电子受体，进而引发累积硝酸盐的情况,削弱脱氮效率。厌氧条件下反硝化细菌抑制厌氧氨氧化细菌活性的主要渠道就是竞争电子受体(NO2-)。
（二）环境因素对生物多样性的影响
环境条件的改变，对于厌氧氨氧化生物群落的影响，对全部的反应运行过程、最终的处理成效，产生明显的制约性。城市生活污水有机物化学需氧量(COD)质量浓度是600-1400mg/L,研究显示如果有机物COD质量浓度是在300mg/L以上，就会显著的抑制厌氧氨氧化细菌。城市生活污水中，有较低浓度含量的氨氮成分,所以高碳氮化属于城市生活污水中普遍的现象，如果碳氮比大于4，就会对厌氧氨氧化反应进程产生一定的影响，在提升碳氮比的情况下，厌氧氨氧化细菌降低活性，但是反硝化细菌的竞争性会明显增加。低温以及高有机负荷状态，可以方便增殖异养反硝化菌，导致厌氧氨氧化细菌丢失很多电子受体，由此累积硝酸盐，属于影响到厌氧氨氧化工艺推广应用到主流城市生活污水处理厂中的重要原因。另外，温度能够对于微生物生长产生明显的影响，可以对厌氧氨氧化微生物群落相对丰度产生直接的影响。研究显示，温度对厌氧氨氧化细菌产生的影响相较于pH而言明显更高，在40℃左右的温度状态中，可以推动厌氧氨氧化生物种群的生长，同时将倍增时间减少，但是超过45℃ 的环境下，就能够导致细胞裂解的问题，对处理成效产生明显的影响。厌氧氨氧化工艺应用期间，进行氧供量的限制，能够对亚硝酸盐氧化细菌活性产生降低，并且将氨氧化细菌、厌氧氨氧化细菌转化效率增强。
二、厌氧氨氧化工艺在城市生活污水处理中的应用
厌氧氨氧化工艺中，因厌氧氨氧化细菌倍增时间较慢，以及季节性温度改变、微生物群落间关系比较复杂等等因素的影响，使得在城市生活污水中应用范围并不广阔。全世界有运行的厌氧氨氧化工程大概是一百多项，其中在城市生活污水的侧流处理中应用的比重超过百分之七十五。我国城市生活污水处理中的关于厌氧氨氧化的研究，多数是实验室水平的人工配水研究,理论依据尚缺少。
有国内的研究中，进行城市生活污水处理厂的二级出水培养厌氧氨氧化细菌，反应容器就是向下流式生物滤池，给厌氧氨氧化工艺应用于处理高氨氮废水中的良好成效，和其可以深度的处理城市污水进行充分论证。国外的学者研究中，向富含厌氧氨氧化菌的序批式反应器(SBR)中，进行接种城市生活污水（预处理过）,得到去除城市生活污水有机物化学需氧量效率是80%、亚硝酸盐去除率是90%、氨氮去除率是95%，对厌氧氨氧化工艺能够达到城市生活污水深度脱氮效果进行有效的论证。
三、厌氧氨氧化过程中颗粒污泥的应用情况分析
厌氧氨氧化细菌具有比较缓慢的生长速度，倍增时间大概是十天左右，所以，厌氧氨氧化工艺会减少剩余污泥量的产生，无需支出过多的精力进行处理剩余污泥，并减少成本支出。当前所应用到的厌氧氨氧化工艺，通常就是处理含高氨氮含量的污水，如果采取快速沉降的硝化细菌以及厌氧氨氧化细菌共培养的紧密颗粒,就能够最大限度的实现更多生物量的保留，将处理质量提升。
颗粒污泥反应器，是在厌氧以及好氧条件下，将有机物。营养物进行去除。颗粒污泥系统的体积转化率是较高的，所以能够基于城市污水低温、低氨氮状态中，采取具有厌氧氨氧化菌的颗粒污泥，进行污水的有效处理。
有研究指出，厌氧氨氧化颗粒污泥在耐外部环境波动性上，跟絮状污泥相比优势更显著，同时厌氧氨氧化细菌的活性，在减少颗粒污泥粒径的情况下，呈现出削弱的趋势。所以，针对高负荷的城市生活污水而言，有机物化学需氧量会影响到胞外聚合物(EPS)，胞外聚合物可以推动集聚细胞、污泥颗粒，推动产生颗粒污泥。鉴于此，通过对城市污水中有机物的影响科学管控，能够经颗粒污泥这一渠道，减少培养厌氧氨氧化细菌时间。
四、厌氧氨氧化组合工艺在城市生活污水中的应用
（一）部分短程硝化-厌氧氨氧化(PNA)
这项技术工艺对于高氨氮废水的处理，获得一些进步和发展，但是还相对缺乏处理城市生活污水上的理论依据。通常有百分之五十以上的PNA 装置属于序批式反应器,并且更多以单级系统运行为主。PNA是质量较高的生物氮技术,跟传统的硝化/反硝化过程相比,能够将耗氧量减少幅度达到百分之六十，减少有机碳源、污泥产生量超过百分之九十的幅度。
关于PNA处理城市污水的现状问题的研究，主要问题就是，预处理中有不稳的碳源，怎样基于低温环境中有效的抑制亚硝酸盐氧化细菌，以及低温的状态中的厌氧氨氧化细菌活性情况等。有研究中控制持低碳氮比,以生物滤池当作反应装置，予以PNA工艺针对生活污水脱氮效率展开分析,培养试验的时间是173天，此工艺于生物滤池达到快速启动效果,得到较高的脱氮效率，出水总氮平均质量浓度是8mg/L，处理生活污水效率较高。
（二）同时部分硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)
SNAD工艺为新型的可继续通过反硝化将NO3--N去除的处理工艺,氨氮基于低氧质量浓度下，经氨氧化细菌向着亚硝酸盐进行转化,之后厌氧氨氧化细菌利用剩余的氨氮以及亚硝酸盐，经过相应的厌氧氨氧化反应，产生硝酸盐以及氮气，最后反硝化细菌经反硝化反应，转化硝酸盐成氮气。
SNAD生物膜的厌氧氨氧化、反硝化特性优势明显,有研究建立在生物膜作为载体的基础上，经分批试实验的方式，探索同步亚硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化,观察对城市生活污水的脱氮性能的处理成效。结果显示，SNAD生物膜能够将pH抑制厌氧氨氧化菌的程度有效降低，而且此工艺脱氮效果较佳，其中NH4+-N的清除速率是每天0.121kg，NO 2--N的清除速率是每天0.180kg，TIN的去除速率是每天0.267kg。
（三）短程反硝化-厌氧氨氧化(PDA)
短程反硝化即为还原硝酸盐成亚硝酸盐,提供基质给厌氧氨氧化。有一项研究指出，运用两组序批式反应器，推出创新组合工艺，也就是短程反硝化-厌氧氨氧化,得到了94%的平均出水氮去除率以及10.98mg/L的平均出水总氮。低温 的环境下，短程反硝化-厌氧氨氧化对于硝酸盐、生活污水共同的处理，产生的成效更理想。污水处理厂中，会具有较高含量的出水硝态氮,不能达到排放标准。所以，针对污水处理厂二级出水的深度处理，可实施短程反硝化-厌氧氨氧化工艺。污水处理厂二级出水结合起低碳氮比的城市生活污水，会形成亚硝酸盐,基于厌氧氨氧化中，达到深层次脱氮的效果,此环节产生一些N2O ，所以应用短程反硝化-厌氧氨氧化具有适用性。
（四）新型组合工艺
把厌氧氨氧化整合至厌氧固定床反应器-序批式反应器-厌氧氨氧化移动床生物膜反应器工艺中,其中厌氧固定床反应器可以将有机物化学需氧量去除，序批式反应器将B1去除，厌氧氨氧化移动床生物膜反应器去除NO3--N。一方面可以实现节能运行，另一方面能够将污泥产量明显降低。有研究进行设计的新型厌氧氨氧化法中，可以对烟气中氮氧化物、氨水中氮氧化物同时的去除掉,分析一氧化氮可否当作厌氧氨氧化菌长期稳定的电子受体，结果显示，去除城市污水中的氮氧化物、有机物化学需氧量均是90%以上，去除总氮效率是70%，应用效果理想。
结语：
城市生活污水的主要特点就是，水质浮动以及水量变化范围均较大，氨氮含量较低，而且比较容易遭受温度因素的影响等，所以对厌氧氨氧化应用于处理城市生活污水中产生阻碍。本文中进行分析了厌氧氨氧化脱氮技术在城市生活污水处理方面的影响因素、适用性等内容，可以带给实践工作有价值的借鉴。尽管厌氧氨氧化技术在实际城市生活污水中的应用性研究获得发展，但是出于季节性变化很大的环境中，怎样于低温低氨氮下，将培养厌氧氨氧化生物群落的周期减少，对于NOB活性积极的抑制,运用更高效生物载体,创新此技术，属于未来需要不断深入探究的内容。
参考文献：
[1]狄斐,隋倩雯,陈彦霖,徐东耀,魏源送,林甲,刘杰. 基于厌氧氨氧化的城镇生活污水深度脱氮工艺研究[J]. 环境科学学报,2021,41(01):83-91.
[2]狄斐,徐东耀,魏源送,隋倩雯. 以厌氧氨氧化为核心的城镇生活污水处理的研究[J]. 给水排水,2020,56(01):521-526.
[3]任婧,徐爱玲,宋志文. 厌氧氨氧化反应器启动过程的影响因素及微生物群落变化研究进展[J]. 微生物学杂志,2020,40(02):115-123.
[4]吴莉娜,闫志斌,李进,沈明玉,李志. 厌氧氨氧化在城市生活污水处理中的应用[J]. 北京工业大学学报,2020,46(04):421-430.
[5]谢军祥,姜滢,常尧枫,谢嘉玮,郭萌蕾,陈重军. 城镇生活污水厌氧氨氧化处理的研究进展[J]. 化工进展,2020,39(10):4175-4184.
[6]王刚,高会杰,孙丹凤,陈明翔,徐晓晨. 厌氧氨氧化技术在废水脱氮领域的应用进展[J]. 化工环保,2020,40(02):111-117.
[7]尚鸣,李龙,吴晔,王玉萍. 水污染防治视域下一种污水处理方法的原理及其实际应用进展[J]. 区域治理,2019,(47):141-143.
[8]陈耀均. 浅析污水处理厌氧氨氧化工艺[J]. 清洗世界,2019,35(06):48-49.
[9]姜黎安,隋倩雯,徐东耀,陈彦霖,温海婷,魏源送. 部分亚硝化-厌氧氨氧化工艺处理低氨氮废水研究进展[J]. 环境工程,2019,37(01):61-66.