Page 164 - 《环境工程技术学报》2022年第5期

· 1520 · 环境工程技术学报 第 12 卷

Key words partial denitrification coupled with anammox (PD-A); nitrogen removal; operation strategies; real
wastewater

氨氮是我国污染物减排的一项约束性指标，“十 高 为 89%）。而短程反硝化耦合厌氧氨氧化（PD-A）
[1]
四五”规划要求氨氮排放总量下 降 8% 。现有污水 工艺可以弥补这些不足。短程反硝化通过控制反应
处理厂基本上采用传统的硝化-反硝化技术脱氮，这 条件将反硝化反应控制 在 NO 阶段，为厌氧氨氧化
−
2
种传统的工艺通常需要较高的污水处理成本，且反 反应提供底物。由于短程反硝化可以稳定高效产生
硝化过程中间 体 N O 会排放到大气中。N O 是全球 NO ，且可以减 少 中间体的产生 [13] ，因 此
−
2 2 2 N O 2 PD-
第三大温室气体，增温潜势 为 CO 的 2 29 倍 。研 A 工艺越来越受到研究者的青睐。笔者通过介绍
[2]
8
究表明，城市污水处理厂的温室气体排放 以 N O 直
A
2 PD- 工艺的机制与特性，对比核心功能菌的生长条
[3]
接排放为主 。新兴的厌氧氨氧化技术（anaerobic 件，并结合现有研究综述 了 PD- 工艺稳定运行的优
A
ammonia oxidation，anammox）具有节省曝气量与外 化策略，分析其在实际废水中成功应用的案例，以期
加碳源、污泥产量低和减少温室气 体 N O 2 排放量的 为后 续 PD- A 工艺高效应用于实际废水处理提供
特点 [4-5] ，既节约了成本，又符合我国“双碳”目标的
思路。
要求。
A
厌氧氨氧化反应是在厌氧的条件下，厌氧氨氧 1 PD- 机制与特点
化菌（anammox bacteria，AnAOB）直接 以 NO 为电子
−
2 PD- 工艺结合了硝化、短程反硝化和厌氧氨氧
A
+
受体、NH 为电子供体，反应生成氮气的过程，其反
+
4 化反应。理论上，55 % 的 NH 在硝化细菌的作用下
4
应方程如下 ： 氧化 为 NO ，NO 在反硝化菌的作用下发生短程反
[6]
−
−
+
+
NH +1.32NO +0.066HCO +0.13H →1.02N 2 + 3 3
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−
4 2 3 硝化反应生 成 NO ，NO 不继续还原 为 N ，而是与原
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−
0.26NO +0.066CH 2 O 0.5 N 0.15 +2.03H 2 O （1） 2 2 2
3 +
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和
厌氧氨氧化反应需 要 NH NO 作为反应底 水中剩余 的 NH 一起作为厌氧氨氧化菌的底物，反
+
4
2
4
−
−
物，而常规废水中缺 少 NO ，因 此 NO 的稳定生成成 应生 成 N 。
2
2 2
A
为厌氧氨氧化技术的关键步骤 [7-8] 。目前，产生 PD- 工艺运行成本较传统硝化-反硝化工艺
+
NO 的途径主要有短程硝化（PN）和短程反硝化（PD） 低。理论上去 除 1 mo 的 l NH ，传统硝化反硝化工
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4
2
2
2 种。短程硝化耦合厌氧氨氧化（PN-A）工艺在实际 艺需要消耗 2 mo 的 l O 和 5 mo 的电子供体，而
l
运行过程中容易受 到 DO、亚硝酸盐氧化菌（NOB） PD- 工艺仅需消 耗 1.1 mo 的 l O 和 2 1.1 mo 的电子
A
l
等 因 素 的 影 响 [9-11] 。Lackne 等 [12 ] 的 研 究 表 明 ， 供体。因此，PD- A 工艺相较于传统的硝化-反硝化
r
50 % 以 上 运 行 异 常 的 PN- A 工 艺 都 是 由 于 NOB 工艺可以减 少 45 % 的耗氧量 和 78 % 的碳源需求。
过量繁殖引起的。此 外 NO 的过量繁殖容易导致 传统硝化-反硝化工艺 及 PD- 工艺脱氮过程所需氧
B
A
出 水 NO 浓度较高，影响总氮去除（去除率理论上最 气及碳源量如 图 1 所示。
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3

注：图中数字的单位 为 mol。
图 1 传统硝化-反硝化工艺 与 PD- 工艺对比
A
Fig.1 Comparison between traditional nitrification-denitrification and PD-A processes