城市污水厌氧氨氧化生物脱氮研究进展

城市污水城市污水厌氧氨氧化厌氧氨氧化厌氧氨氧化生物脱氮研究进展生物脱氮研究进展

唐崇俭，郑 平

(浙江大学 环境工程系，浙江 杭州 310029)

摘 要：厌氧氨氧化菌可在厌氧条件下以亚硝酸盐为电子受体将氨氧化为氮气，是目前废水生物脱氮的研究热

点之一。小试的研究表明，该工艺的容积负荷可高达125kg N/(m 3

·d)。城市污水处理厂污泥厌氧消化液以及城市

生活垃圾填埋场渗滤液都含有高氨氮浓度以及低有机物浓度，十分适合采用厌氧氨氧化工艺进行处理。目前，生

产性厌氧氨氧化工艺已在荷兰、丹麦和日本等国成功应用于这两类废水的脱氮处理，最大容积氮去除速率高达

9.5kg N/(m 3·d)，显示了该工艺诱人的工程应用前景。本文分析了世界上第一个生产性厌氧氨氧化工艺处理城市

污水厂污泥厌氧消化液的运行情况，论述了厌氧氨氧化工艺在城市污水处理中面临的问题。结合课题组内的研究

结果，提出了一种新型的菌种流加式厌氧氨氧化工艺，并探讨了其在城市污水处理中的作用。

关键关键词词：厌氧氨氧化；城市污水；生物脱氮；工程应用 Application of Anammox Process in Municipal Wastewater Treatment

Tang Chongjian, Zheng Ping

（Department of Environmental Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China ）

Abstract : Under anoxic condition, anaerobic ammonium-oxidizing (Anammox) bacteria can

oxidize ammonium to nitrogen gas using nitrite as electron acceptor. It becomes a topic issue on

biological nitrogen removal from ammonium-rich wastewater due to some promising advantages such as

low operational cost and super high volumetric loading rate. As reported, the nitrogen loading rate

reached up to 125 kg N/(m 3·d). Characterized by high ammonium concentration and relatively low

biodegradable organic content, the sludge digester liquor from the municipal wastewater treatment plant

and the landfill leachate are demonstrated to be very suitable for application of Anammox process to

realize high-rate nitrogen removal. The full-scale application of Anammox process has already been

applied for nitrogen removal from sludge digester liquor and landfill leachate in The Netherlands, Japan

and Denmark with the maximum nitrogen removal rate as high as 9.5 kg N/(m 3·d). Thus, the operation

of the first full-scale Anammox reactor treating municipal sludge digester liquor was introduced, and the

problems during the application of Anammox process in municipal wastewater treatment were discussed.

An innovative Anammox process with sequential biocatalyst addition (SBA-Anammox process) was

proposed to overcome the drawbacks and accelerate the application of Anammox process in municipal

wastewater nitrogen removal.

Key words: Anammox; municipal wastewater; biological nitrogen removal; application

“十一五”期间，化学需氧量(COD)排放得到有效控制，氨氮已上升为影响地表水质的首要指标。根据分析，氨氮有望在“十二五”被纳入全国主要水污染物排放约束性控制指标，以便有效控制氨氮排放总量，改善目前水质氨氮普遍超标的情况，缓解氮素污染。

我国氨氮排放量远远超出受纳水体的环境容量。据估算，2007年，我国氨氮排放总量约相当于环境容量的4倍左右，所致的环境污染十分严重。2007年，氨氮是长江、黄河、海河和辽河的首要污染物，同时也是珠江和淮河的主要污染物。2008年重点流域水污染防治专项规划考核结果表明，重点流域氨氮污染严重，其中海河、辽河、三峡库区及其上游、黄河中上游等流域大部分断面氨氮超标，太湖、巢湖、滇池等流域氨氮达标率也偏低。2008年全国地表水河流国控断面中氨氮劣Ⅴ类断面占19.2%，全部断面氨氮平均浓度为1.9mg/L，仅达Ⅴ类标准水平[1]。

我国城市污水脱氮处理有待加强。第一次全国污染源普查公报显示，我国氨氮的年总排放量为172.91万吨，其中生活污水年氨氮排放量为148.93万吨，占氨氮总排放量的86.1%。我国污水处理厂污水年实际处理量为210.31亿吨，其中城镇污水处理厂处理194.41亿吨，占92.5%。但城市污水厂对氨氮的消减量仅为37.62万吨，氨氮消减率只有25%。另外，全国每年城市生活垃圾产生量（以清运量计）达1.521亿吨，共有垃圾无害处理设施460座，生活垃圾集中处理率为80.92%，无害化处理率为62.03%，垃圾渗滤液所致的氨氮污染负荷不断增大[2]。我国城市污水脱氮形势十分严峻。

在城市生活污水中，氨氮通过微生物的同化作用被用于合成细胞，最终汇入到污水厂剩余污泥中。由于城市污水厂剩余污泥的处理与处置一直是个难题，往往先采用厌氧消化进行污泥减量处理。污泥的厌氧消化会将氨氮重新释放，导致消化液中含有高浓度的氨氮，并且有机物浓度较低[3-4]，采用传统的硝化-反硝化工艺处理时，不仅运行费用高，脱氮效率也不甚理想。此外，城市垃圾渗滤液不仅具有高氨氮和低有机物浓度，并且成分较为复杂，往往含有毒性物质[5]，采用生物处理时也面临技术上的难题。

厌氧氨氧化工艺是近20年来开发成功的新型生物脱氮技术。在缺氧条件下，厌氧氨氧化菌以亚硝酸盐为电子受体将氨氧化为氮气[6]。在处理高氨氮废水时，通过前置短程硝化工艺将大约一半的氨转化为亚硝酸盐，在后置厌氧氨氧化工艺中，产生的亚硝酸盐与剩余的氨反应生成氮气。相对于传统的硝化-反硝化工艺，短程硝化-厌氧氨氧化工艺具有许多优势[7]：

①需氧量减少62.5%，可有效降低充氧电耗；

②无需补充有机碳源，运行费用降低；