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厌氧氨氧化工艺影响因素研究进展

文档作者：刘福长1 张新颖1 陈益明2 张健2 文档来源： 1福州大学 2福建省环境科学研究院		点击数：	更新时间： 2025年04月03日
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厌氧氨氧化Z艺譬噙田囊研究进展刘福长1张新颖1陈益明2张健2(1福州大学 福建福州 3501082福建省环境科学研究院福建福州 350003)摘要厌氧氨氧化作为污水处理领域一项新技术．是目前最简洁经济的生物脱氮技术之一，越来越受到人们的关注。但厌氧氨氧化倍增时间长，对环境条件要求高。如何选择和控制厌氧氨氧化茵影响因素，对于快速和稳定培育厌氧氨氧化茵，具有非常重要的意义。介绍温度、pH、溶解氧、基质浓度、有机物及反应器类型等因素对厌氧氨氧化工艺的影响，并对厌氧氨氧化工艺发展提出建议。关键词厌氧氨氧化环境条件影响因素中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1672—9064(2017)03-071—03厌氧氨氧化(_,hta．rnmox)是目前污水生物脱氮技术领域中非常有前途的一种新技术．是指在厌氧或者缺氧条件下．^mammox菌以N02--N为电子受体，氧化NHg-N成为N2的一种新型生物脱氮过程。相对于传统的硝化一反硝化工艺。Anammox具有诸多优势：①不需要外加有机碳源作为电子供体．可以节省40％的运行成本。(墓)Analmnox所利用的前置反应只需要将1／2的NH4+-N氧化为N02--N。可节省50％的曝气量。③污泥产量少．可节省大量的污泥处理费用…。Anammox菌生长相对缓慢．倍增时间为11～29d．且对周围环境要求很高．周围环境的波动对Anammox效果有严重的影响。因此，如何选择和控制Anammox菌影响因素，对于快速和稳定培育Anammox菌。具有非常重要的意义。根据国内外学者对AnRl'nlnox环境影响因素分析，总结了温度、pH、溶解氧、基质浓度、有机物及反应器类型对Anammox活性的影响．以期为Anammox的快速启动及驯化提供参考。1温度对厌氧氨氧化的影响温度能显著影响Anammox活性．在合适的温度范围内Anammox菌才会表现出较好的反应活性．提高反应器的运行效能．李祥等【2]研究了不同温度变化方式对反应器脱氮效能稳定性的影响．发现温度在26～37℃之间变化时．氮去除速率在1．51～1．84kg／(m3·d)，当温度低于20℃时，反应器氮去除会快速下降，特别是当温度低于15℃时。反应器氮去除速率下降至0．55kg(m3．d)。从而抑制Anammox反应。对其进行线性拟合发现．低于20℃时温度与氮去除速率具有明显的线性关系。2 pH对厌氧氨氧化的影响在Anammox过程中，pH是一个非常重要的环境参数，它不仅能直接影响Anammox菌．还能通过影响氨和亚硝酸的有效性而间接影响反应活性．在多项研究中表明．pH对Anammox活性有重要的影响。鲍林林等…研究结果表明：pH值和有机物对_AJn_ammox反应器的影响显著，在(20-a：1)℃下，Anammox反应的最适pH值为6．7．8．5。当pH值<6．7或>8．5时，将导致游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)的浓度分别高于8．93mg／L和2．67x10-Zmg／L，抑制An柚mlox反应。陈宗妲等【5喇用具有pH调节功能的序批式反应器，研究了不同pH对自养生物脱氮工艺氮素转化的影响。当pH为8．18时，亚硝氮累积速率较高，为0．79kg／(m3．d)。当pH为7．85时，AnRlnlnox菌脱氮效能达到最大，为1．52kg／(m3·d)。DSTAO等[3]在pH值=7～8，进水NH4+-N及NOz--N质量浓度均为150mg／L．温度从15℃升至400C．Anammox反应速率呈指数形式增加：温度45℃时反应速率下降，沉淀出水为橙红色．这可能与细胞在高温下破裂释放出细胞色素C有关．细胞色素C是Anammox体的重要组成部分。3溶解氧对厌氧氨氧化的影响Analnmox菌为厌氧菌．因此。氧气的存在极易影响Anaminox菌活性。保持反应器内厌氧环境对Anammox反应极为重要，不容忽视。任玉辉等【6]通过改变进水碱度、光照条件和溶解氧，发现水力停留时间为1．5h条件下，当进水DO小于3mg／L时，平均氨氮去除率和亚硝氮去除率分别为99．7％和100％．平均总氮去除负荷为1．0kg／(m3·d)。Strous等【，]试验表明溶解氧会使Anammox活性受到抑制．在溶解氧去除后Anammox活性可以得到恢复。Uu等吲逐渐提高研究Anammox反应器进水中溶解氧时．发现An8／nmox活性并未受到明显影响．认为是反应器内污泥含有Nitrosomonas eutroph将进水中的溶解氧消耗掉．从而使的An8／nmox菌未受到氧的抑制。可以看出Anammox反应器中氧的持续存在会对Anam．mox菌产生抑制作用．若仅是进水中含有溶解氧则可以由污泥中含有硝化菌消耗进水中的氧保护Anammox菌免受溶解氧的影响。4基质浓度对厌氧氨氧化的影响Analnmox反应是氨氮和亚硝酸盐的生物反应．一般来说．亚硝酸盐既是Anammox的必备物质，同时也是Anammox基金项目：福建省科技厅公益类科研院所专项(2015R1004—3)；福建省环保厅科技计划项目(2015R024)作者简介：刘福长(1992～)，男，2015年毕业于重庆文理学院环境工程专业，现从事环境工程水污染控制工作。万方数据 2017．N0．3．o的限制性基质．甚至是毒性物质。当亚硝酸盐的含量超过一定限度后。亚硝酸盐会抑制Ananlmox活性．影响正常的生长与代谢。曹天昊等[9]考察了不同基质浓度下．SBR改进式连续进水方式与一次性进水方式对Anammox工艺运行性能的影响。结果表明，当处理人工配水时，在中低进水浓度下(N02__N<400metE)。与改进式连续进水方式相比．宜采用一次性进水方式运行；在高进水浓度下(NO，一_N，>400meJL)改进式连续进水方式比一次性进水方式优势明显。Guven、Kartal等[103发现Anammox菌能够利用甲酸盐、乙酸盐和丙酸盐还原亚硝酸盐和硝酸盐．在Guven等的连续流试验中．Anammox菌对丙酸盐的代谢速率为0．8nmol／(min．m只蛋白质)。在乙酸盐和丙酸盐浓度为2nunol／L和Immol／L时，亚硝酸的去除速率分别为对照组的116％和124％。5有机物对厌氧氨氧化的影响有机物对Anammox既有促进作用．同时也会抑制Analnlnox的活性。促进作用主要是特定的有机物可作为能源被Ananllnox所利用．维持Ananunox的生理代谢，同时也能调节碳氮比，使Anammox和反硝化耦合：抑制作用主要表现在有机物的存在会增强异样菌的活性．使其与Anammox菌争夺电子受体亚硝酸盐．操沈彬[11]研究了不同浓度乙酸钠和不同种类有机物对Anammox系统的冲击影响。在初始NO，-_N浓度为35mg／L左右．乙酸钠浓度为0～200mg／L时．乙酸钠的冲击不会抑制Anammox菌的活性．且一定程度上促进Anammox反应的进行：不同有机物对Anammox系统的促进作用不同，氨氧化速率从高到低依次为乙酸钠、蛋白胨、葡萄糖和淀粉。傅金祥等[12]研究了不同浓度有机物对An眦mox反应的影响．并制定了通过调节亚硝态氮浓度解除Analnlnox有机物抑制的方法．结果表明．当COD≤120mg／L时．有机物对Anammox反应产生促进作用．反之则产生抑制作用；NOr能有效解除由于有机物引起的竞争性抑制．使Anammox菌不受反硝化菌竞争性抑制影响的COD、NH4+一N、NOf-N投加质量比为1．6：1：1．92。6反应器类型对厌氧氨氧化的影响理想的反应器能够为微生物的繁殖提供更优质的微环境．因此选择合适的反应器不仅能快速培育Anammox菌．对功能微生物的截留也起到重要的作用．不同的反应器有不同的特点，理想的反应器应具有：①维持足够的生物量；②稳定可靠运行：③严格厌氧、避光：④无死角区域局部高基质浓度区：⑤传质性能好。近些年。多种反应器被成功运用于Anammox菌的驯化，如：升流式厌氧污泥床反应器(U『pflowAnaerobic Sludge Blanket，UASB)、序批式活性污泥反应器(Sequencing Batch Reactor，SBR)、膜生物反应器(MemBraneReactor，MBR)、生物转盘(Rotating Biological Contactor，RBC)、流化床反应器(Fluidized Bed Reactor)、移动床生物膜反应器(Moving Bed Biofilm Reactor，MBBR)、生物滤器(Trickling Fiher)等。前3种反应器的优缺点见表1。表1 Anammox反应器优缺点7结论与展望Anammox工艺在废水脱氮领域具有独特的优势．但对环境条件要求苛刻，制约了其应用，选择合适的环境条件。可促进Ananunox菌的快速增长。目前，Ananunox的发展仍存在一些问题：①Anammox对温度要求严格，我国大部分地区常年气温变化大，制约了Ananunox在工程中的实际应用。②Anammox功能微生物适应能力弱，生长速度缓慢。③目前Anammox的最适宜pH为7．5～8．5，过高或过低的pH值都会抑制Anammox活性，但对其抑制原因尚不明确。④有关海洋Anammox菌的报道甚少．Anammox菌能否适应海洋环境尚不明确。Anammox在污水生物脱氮领域具有独特的优势．但由于一些原因。其独特的优势发挥得尚不明显．希望能在以下方面多探究、更好地发挥Anammox生物脱氮的优势：①驯化耐低温、高有机物及适应能力更强的Anaml'nox菌．为Anam—mox的规模化应用奠定基础：)Anammox一些抑制机理尚不明确，有待进一步深入探究；③开发更为理想的反应器，增强Anamlqflox的快速启动速率．并加强反应器结构对运行效果的研究；④新型生物脱氮技术仍处于起步阶段，大规模的生物脱氮工程少之又少．应大力发挥Anammox优势．使其更好地运用于污水生物脱氮领域。参考文献1 TAL Y，WATrES J E M，SCHREIER H J．2006．Anaerobic ammoni．am—oxidizing(aanmmox)bacteria and associated activity in酬一film biofdters of ain丑rine recirculating aquaculture system．Appliedand Environmental Microbiology，2006，72(4)2李祥。黄勇。郑宇慧，等．温度对Anammox反应器脱氮效能稳定性的影响．环境科学，2012，33(4)3 DOSTA J，FERNANDEZ I，CAZQUEZ—P J R，et a1．Short and longterm effects of temperature on the Anammox proeessJoumal of Hz·za／dous Materials，2007，63(6)4鲍林林，赵建国，李晓凯，等．常温低基质下pH值和有机物对Anammox的影响．中国给水排水。2012，28(13)5陈宗妲，黄勇，李祥，等．pH对亚硝化、Anammox反应及联合工艺氮素转化的影响．环境工程，2016，34(01)6任玉辉，王科，李相昆。等．常温低基质下碱度和溶解氧对Anammox的影响．环境科学，2014，35(11)7 Strous M，vanGerven E，Kuenen J qet a1．Effects of Aerobic and Mi—croaerobic Conditions on Anaerobic Ammonium-Oxidizing(Anammox)．Applied and Environmental Microbiology，1997，63(6)8 Liu S T，Yang F L，Xue Y，et a1．Evaluation of Oxygen Adaptation andIdentification of Functional Bacteria Composition for Anammox Con一201ZNO．a国(下转第75页)万方数据取5mL环氧氯丙烷标准溶液系列注人吹脱管中。按上述吹扫和色谱条件进行分析。以环氧氯丙烷的峰面积响应值为纵坐标，质量浓度为横坐标得到标准曲线y=1582．31X一12．47，相关系数r=0．9993。(5)方法检出限。按照实验方法步骤连续对最低浓度点的环氧氯丙烷溶液连续进样分析7次．计算7次平行结果的相对标准偏差为0．258坤皿。方法检出限按公式MDL=标准偏差Xt(n-l,啷)计算[5]，式中‘忡I脚)为置信度99％、自由度为n一1时的t值，当n=7时。t值取j．143，计算出地表水中环氧氯丙烷的检出限为0．81斗g／L。(6)方法精密度。用气密性注射器取5mL浓度为10．0叫L的环氧氯丙烷标准溶液按上述吹扫和色谱条件进行试验分析．平行测定7次．计算测定结果的相对标准偏差为1．25％。实验结果表明本方法精密度良好，能满足分析测试要求．见表1。(7)加标回收率。按1(3)步骤采集地表水样品，按上述仪器工作条件进行吹扫捕集气相色谱法分析．实验结果表明地表水样品中未检出环氧氯丙烷成份。向5mL上述地表水样品中分别加入(1、2、3、4)斗L浓度为20mgCL环氧氯丙烷标准中间液进行加标回收试验．加标回收率在94．2％～104．5％之间，见表2。3结论本文建立了吹扫捕集一气相色谱法测定地表水中环氧氯丙烷的测试方法。吹扫过程中不需使用有机溶剂，避免了对(上接第69页)施人员和财产转移、道路封闭等应急措施，确保人员生命财产安全。参考文献1 叶龙珍，柳侃，黄瑛瑛，等．福建省公路铁路建设的重大工程地质问题．工程地质学报，2014，22(S1)2 GB50021—2001．岩土工程勘察规范表1精密度试验1 O．00 4．00 4．182 O．00 8．oo 7．743环氧氯丙烷 0．00 12．O 11．34 0．00 16．0 16．4104．596．894．2102．5环境和分析人员造成危害。本方法操作简单、检出限低，缩短了分析周期．提高了方法的精密度和准确度。适用于地表水中环氧氯丙烷的测定。参考文献l 国家环境保护总局．《水和废水监测分析方法》蝙委会．水和废水监测分析方法(第4版)．北京：中国环境科学出版社，20042 GB3838—2002中华人民共和国地袁水环境质量标准3王小菊．刘保献，张大伟，等．液液萃取一气相色谱，质谱法测定地表水中的15种酞酸酯．分析试验室．2015，34(3)4黄中．顾福权，滕飞，等．气相色谱法测定水样中硝基苯类化合物含量．理化检验(化学分册)，2013。49(5)5 中国人民共和国环境保护部．1-t1168—2010环境监测分析方法标准制修订技术导则l_一‘¨¨lI，’¨¨I·，。Ⅶ．．一”tllIl-一‘‘’…．一。¨¨．-一。tllIl--‘IllII-，“‰·一¨¨I·，。Ⅶ3 DZ，IU218—2006．滑坡防治工程勘查规范4 Dz／7IU219—2006．滑坡防治工程设计与施工技术规范5池永翔．吴振祥．泰宁县梅口乡吊桥新村滑坡稳定性分析及其治理福州大学学报，2006，34(6)6陈生东．阂清县高速铁路某施工便道滑坡成因分析及其应急处置福建地质。2010，29(S1)(上接第70页)进行统计、分析和整理，提高环境监测质量，实现生态文明建 (02)设目标。 2郑剑平．浅议环境监测数据可靠性分析方法及其提高途径．环境参考文献 2012(S1)1 张磊．浅论环境监测数据的综合分析方法．资源节约与环保．2014(上接第72页)sortium in Non-Woven Biological Rotating Contaetor．BioresoureeTechnology，2008，99(17)9曹天昊，王淑莹，苗蕾，等．不同基质浓度下SBR进水方式对Anam—mox的影响．中国环境科学，2015，35(8)10 Kartal B。Rattray J。Van Niftrik L A，et a1．Candidatus“AnmrIlox—oglobus propionicus”a new propionate oxidizillg species of anaerobicallllllonl‘um o)【id=ing bactecia．Systematic Apphed Microbiology，2007．30“操沈彬。王淑莹，吴程程。等．有机物对Anammox系统的冲击影响．中国环境科学，2013，33(12)12傅金祥．童颖，于鹏飞．有机物对Anammox的双向影响及抑制解除．工业水处理应用技术交流大会．2014我国加大地热利用根据《中国“十三五”地热产业发展规划》征求意见稿，到 电、种植、养殖、洗浴等，共可替代标煤7200万t。2020年我国地热供暖制冷面积将累计达68亿n12．加上发

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