荷蘭Paques公司和代爾夫特理工大學(xué)(TUDelft)于1998年首次發(fā)展了厭氧氨氧化反應(yīng)器，并在隨后的十余年中，在全球針對(duì)不同的污水水質(zhì)，完成了20多個(gè)厭氧氨氧化項(xiàng)目。MaximeRemy,TimHendrickx和RidHaarhuis總結(jié)了厭氧氨氧化最新的發(fā)展和他們多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

全球?qū)脜捬跸夹g(shù)處理污泥、有機(jī)固廢和工業(yè)污水的興趣正日趨增強(qiáng)，厭氧消化不僅能夠處理污水污泥而且能夠產(chǎn)生可利用的生物沼氣。而經(jīng)過厭氧消化后的消化液中含有很高濃度的氨氮。針對(duì)該部分高濃度的氨氮單獨(dú)去除的厭氧氨氧化技術(shù)，可以節(jié)省能耗并且工藝緊湊占地小。在過去的十余年中，荷蘭Paques公司針對(duì)不同的污水種類，設(shè)計(jì)并建造了擁有專利技術(shù)的厭氧氨氧化反應(yīng)器。

厭氧氨氧化工藝的適用性

厭氧氨氧化技術(shù)尤其適合處理厭氧產(chǎn)甲烷工藝的出水，這種出水通常都含有很高濃度的氨氮，這些氨氮是由含氮有機(jī)物在厭氧過程中被降解而產(chǎn)生。這種出水中往往只有相對(duì)較低的BOD，因?yàn)榇蟛糠值挠袡C(jī)質(zhì)已經(jīng)被轉(zhuǎn)化為生物沼氣。如果沒有額外碳源投加(甲醇)以及大量曝氣，這種高氨氮低有機(jī)物的水質(zhì)很難用傳統(tǒng)的脫氮工藝(如圖1)實(shí)現(xiàn)氨氮的高效去除。

厭氧氨氧化工藝的進(jìn)水可以是市政污水也可以是工業(yè)污水。在市政污水領(lǐng)域，厭氧氨氧化反應(yīng)器往往以側(cè)流的方式，安裝在污泥消化或污泥脫水之后。經(jīng)過厭氧氨氧化工藝脫氮后的出水再回到主流程，從而降低主流工藝的氨氮負(fù)荷。在工業(yè)污水領(lǐng)域，厭氧氨氧化通常直接應(yīng)用在厭氧反應(yīng)器(如UASB)之后，已經(jīng)被應(yīng)用在食品，半導(dǎo)體等眾多工業(yè)領(lǐng)域的污水處理中。

同傳統(tǒng)的脫氮工藝相比，厭氧氨氧化有諸多優(yōu)勢(shì)：

曝氣將降低60%

污泥產(chǎn)率降低90%

結(jié)構(gòu)緊湊但適應(yīng)高達(dá)2KgN/m3.d的高氨氮負(fù)荷

無需額外碳源。保留的碳源可盡可能的轉(zhuǎn)化為生物沼氣;無需額外甲醇投加。

截止2015年1月，已經(jīng)有25個(gè)厭氧氨氧化項(xiàng)目在建設(shè)或運(yùn)行，每日處理的氨氮已經(jīng)超過75噸。表1中列出了相關(guān)項(xiàng)目的信息。

厭氧氨氧化工藝的啟動(dòng)

在圖2中的數(shù)據(jù)是利用厭氧氨氧化工工藝，處理荷蘭一處污水在初期兩個(gè)半月時(shí)間里的啟動(dòng)情況。該污水處理廠主要是來自牲畜屠宰場(chǎng)的污水，工藝共分三個(gè)系列，每個(gè)系列設(shè)計(jì)處理量為每天2000Kg的NH4-N，如圖3所示。上游工藝是高效厭氧反應(yīng)器(BIOPAQIC)和用于去除BOD和硫化物預(yù)曝氣池。厭氧消化液和組合工藝處理的出水混合后進(jìn)入MBR反應(yīng)器，得到進(jìn)一步處理。厭氧氨氧化的目的是降低MBR反應(yīng)器的氨氮負(fù)荷。由于項(xiàng)目設(shè)計(jì)占地空間的限制，厭氧氨氧化的優(yōu)勢(shì)得到體現(xiàn)。厭氧氨氧化啟動(dòng)時(shí)利用了從荷蘭Olburgen運(yùn)來了顆粒污泥接種。

然而，最早期的厭氧氨氧化反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間往往需要長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月的時(shí)間。如今，借助大量現(xiàn)有的厭氧氨氧化廠的顆粒污泥接種，新建反應(yīng)器的啟動(dòng)時(shí)間大大縮短。大約在一個(gè)星期的時(shí)間里，氨氮的去除能力就可達(dá)90%，隨后可逐步提到進(jìn)水的氨氮濃度。在污水廠啟動(dòng)時(shí)，一開始只是接種了其中的一個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)該系列的顆粒污泥穩(wěn)定后，再被用于接種其余兩個(gè)系列。穩(wěn)定運(yùn)行后，最終的氨氮去除率高達(dá)95%以上。

厭氧氨氧化反應(yīng)器長(zhǎng)期的運(yùn)行效果

荷蘭Olburgen厭氧氨氧化工藝自2006年開始運(yùn)行，圖4展示了該廠運(yùn)行8年半的情況。Olburgen廠處理的進(jìn)水是來自市政污水和馬鈴薯食品工業(yè)經(jīng)UASB預(yù)處理的出水的混合液。該廠位于當(dāng)?shù)厥姓鬯畯S內(nèi)，并由Waterstromen公司運(yùn)營(yíng)。在厭氧氨氧化工藝之后，是PaquesPhospaq磷回收工藝，在此氧化鎂投加后形成鳥糞石(MgNH4PO4.6H2O)以回收污水中的磷。該廠設(shè)計(jì)每天處理1200Kg的NH4-N。如圖5

即使伴隨著每天以及季節(jié)性的來水氨氮負(fù)荷變化，該廠也均能穩(wěn)定達(dá)到90%的氨氮去除率。在過去的5年中，平均的氨氮去除率達(dá)到92%，出水濃度平均約28mg/L。最近一次出水氨氮最高值出現(xiàn)在2012年6月，但這是由于誤操作導(dǎo)致反應(yīng)器中80%的污泥被沖出，而反應(yīng)器隨后在沒有外加接種污泥的情況下迅速恢復(fù)。目前，經(jīng)過修正后的設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)成為Paques公司設(shè)計(jì)厭氧氨氧化工藝的標(biāo)準(zhǔn)。

Olburgen廠是第一個(gè)采用一段厭氧氨氧化工藝(亞硝化和厭氧氨氧化在同一反應(yīng)器中進(jìn)行)的處理廠。世界上第一個(gè)生產(chǎn)規(guī)模的厭氧氨氧化處理廠是在荷蘭鹿特丹，但采用的是兩段分布工藝(亞硝化和厭氧氨氧化在不同反應(yīng)器中進(jìn)行)。因此Olburgen廠的工藝比鹿特丹處理工藝又往前邁了一大步。自O(shè)lburgen廠2006年運(yùn)行以來，后續(xù)設(shè)計(jì)的厭氧氨氧化工藝均采用了一段法。

額外的一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

雖然厭氧氨氧化已經(jīng)被證明了是可靠的技術(shù)，但是Paques公司還是在該工藝啟動(dòng)初期的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了該工藝的瓶頸以及潛在的應(yīng)對(duì)方案。厭氧氨氧化菌較低的生物增值率(倍增時(shí)間為12天)導(dǎo)致在第一個(gè)項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月。隨著全球厭氧氨氧化工藝在不同污水種類應(yīng)用項(xiàng)目的逐漸增多，接種污泥的獲取越來越容易，因此，后續(xù)項(xiàng)目啟動(dòng)的時(shí)間往往小于1個(gè)月。

由于反應(yīng)器設(shè)計(jì)上采用了內(nèi)部滯留區(qū)，顆粒厭氧氨氧化污泥可以被很好的保留住。因此反應(yīng)器可以在很高的進(jìn)水懸浮顆粒濃度條件下運(yùn)行。然而，在懸浮顆粒濃度極高的情況下(大于10g/L)時(shí)，流體的粘度增加，將影響相對(duì)較小的顆粒污泥的反應(yīng)器中的保留，進(jìn)而影響厭氧氨氧化污泥的增長(zhǎng)效率。當(dāng)進(jìn)水總的磷濃度很高時(shí)，在不可控的情況下形成鳥糞石將會(huì)給穩(wěn)定運(yùn)行帶來麻煩。當(dāng)氨氮負(fù)荷超過2KgN/m3.d時(shí)，優(yōu)化運(yùn)行可以通過緊湊的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，最低溫度要求為30℃。

通過一些預(yù)處理，可以解決上述運(yùn)行中的一些問題。如采用Phospaq工藝解決磷含量過高的問題;沉淀池可用于解決來水懸浮顆粒過高的問題;預(yù)曝氣用于解決進(jìn)水中過高硫化物和揮發(fā)性脂肪酸的問題。謹(jǐn)慎運(yùn)行預(yù)處理工藝和厭氧氨氧化工藝，可以有效規(guī)避聚合物毒性和亞硝酸累積帶來的問題。