技术解析厌氧氨氧化将可能使污⽔成为“液体黄⾦”
污⽔脱氮是近40年环境⼯程界最活跃的研究领域之⼀，厌氧氨氧化（Anaerobic ammonia oxidation，Anammox）这样⼀项污⽔处理的颠覆性技术，开创了功能菌在复杂污⽔处理系统实际应⽤之先河。以往污⽔处置通常是硝化反硝化进程，需要⼤量碱与碳源供应，不但成本投⼊多，还会造成环境污染。⽽厌氧氨氧化能成功减少污⽔⼚六成的能源消耗、节省⼀⾄两倍的开销，也能减少九成的⼆氧化碳排放。因此说，厌氧氨氧化的出现使得污⽔处理⼚从耗能除污的末端，有机会转化为零能耗或者能量输出的化⼯⼚，使污⽔变废为宝，成为“液体黄⾦”。
01 厌氧氨氧化在污⽔处理中的发展史
厌氧氨氧化技术从发现到实际⼯程应⽤，总共经历了四个阶段：
①起点：厌氧氨氧化反应是在⼀个处理⾼氨氮废⽔的厌氧流化床中发现的。当时发现者之⼀Mulder就敏锐的判断到了该技术在污⽔处理中的应⽤前景，并顺利申请了专利。
Anoxic ammoniaoxidation. US Patent 5, 078, 884 (1992).从专利到应⽤经过了⼗年的时间，包括菌种富集、反应器设计、⼯程建设和启动等⽅⾯。
②富集：第⼀步是怎么富集出来这种特殊的微⽣物。随着⼈们对这种菌的研究，底物明确为氨氮和亚硝
酸盐，适宜的⽣长条件（pH，温度，微量元素），抑制因素（DO，有机物）等也逐渐清晰。最终在荷兰戴尔福特⼯业⼤学的⼀个实验室中，率先实现了厌氧氨氧化的富集。富集厌氧氨氧化的反应器有UASB、 SBR、⽣物转盘等，这些反应器经证实都是可⾏形式。
③技术流程：厌氧氨氧化菌富集成功后如何应⽤是很重要的，厌氧氨氧化反应需要同时存在氨氮和亚
硝酸盐氮，且氨氮与亚硝氮的⽐例接近1:1.32。⽽半短程硝化反应恰好可以将进⽔的⼀半氨氮通过 AOB 传化成亚硝酸盐，正好满⾜厌氧氨氧化反应的进⽔要求。⽽半短程硝化反应器也可以采⽤ SHARON， SBR 等多种形式。
④⼯程化：荷兰相关科研⼈员将原有的试验室条件下的反应器，通过数学模型直接扩⼤10000 倍，在⿅特丹⽔⼚建⽴了两段式 SHARON + ANAMMOX 实际⼯程处理污泥消化液。
消化污泥脱⽔液单独处理对污⽔处理⼚运⾏⾮常重要。⽽且其⽔质⽔量特点⾮常适合厌氧氨氧化⼯艺。⾸先，污泥消化液的温度可达30～35℃，恰好为后续厌氧氨氧化反应提供良好的进⽔温度。其次，污泥消化液单独处理可利⽤原⽔温度提⾼微⽣物的活性，并且结合消化液的⾼氨氮的抑制作⽤实现稳定的短程硝化。⽽消化液中氨氮与碱度的⽐例适中，有利于控制进⽔中50%的氨氮被氧化，提供厌氧氨氧化反应器适宜的进⽔。正是因为消化液上述特点，在2014年的全球
有利于控制进⽔中50%的氨氮被氧化，提供厌氧氨氧化反应器适宜的进⽔。正是因为消化液上述特点，在2014年的全球范围内的厌氧氨氧化⼯程统计中，75%的项⽬是处理污泥消化液。
根据Anammox污泥形态的不同，⽬前Anammox⼯艺分为以絮体为主的DEMON⼯艺、以⽣物膜为主的ANITA⼯艺和以颗粒为主的ANAMMOX⼯艺。
02 厌氧氨氧化是未来污⽔⼚的
核⼼技术
仇池山优势⼀：降低能耗
由于厌氧氨氧化⼯艺是在厌氧条件下直接将氨氮和亚硝氮转化成氮⽓，同时在好氧段只需将氨氮氧化为亚硝氮，省略后续亚硝氮氧化为硝态氮，所以节省了曝⽓量，降低了电耗。
优势⼆：能源回收
厌氧氨氧化菌将传统反硝化过程所需的外加碳源全部省略，污⽔中的有机物可最⼤限度的进⾏回收产甲烷，⽽不是被氧化成⼆氧化碳。产⽣的甲烷⼜可以作为能源重新利⽤。
03 厌氧氨氧化菌在
地球氮循环中的作⽤
氮循环可以将稳定的氮⽓转换成更加有⽤的形式，例如氨和硝酸盐离⼦，然后再返回成氮⽓，从⽽维持全球氮平衡（见图）。氮⽓通过固氮微⽣物直接转换成氨，例如⼟壤中与之相关的植物根系。植物和动物消耗氨，⽽当他们死亡并分解后⼜将其释放出来。下⼀步是硝化菌和古菌将氨转换成亚硝酸盐
和硝酸盐，然后反硝化微⽣物再将硝酸盐转换成氮⽓补给到⼤⽓中，该循环结束。⽽厌氧氨氧化在整个循环过程中⾛了个捷径，创造了⼀个由氨和亚硝直接转换成氮⽓的途径。
由于厌氧氨氧化细菌在⾃然界氮循环⽅⾯是⼀个⾰命性的发现，它们会在氮循环中可以产⽣“短程”现象，从⽽彻底改变了传统氮循环中NH4+只有通过硝化—反硝化途径才能被转变为N2的认识。此外，厌氧氨氧化反应过程中⽆需有机碳源和氧的介⼊，因此，如果将厌氧氨氧化技术运⽤到污⽔处理中，并且能实现⼯程化，那就意味着污⽔脱氮技术有可能朝着可持续的⽅向发展。
04 厌氧氨氧化菌在污⽔处理中
应⽤价值巨⼤
厌氧氨氧化菌最实际的应⽤在于污⽔的处理。污⽔⼚和⼀些制造化肥或精炼⽯油的⼯⼚会产⽣数百万升富含氨的废⽔，所有的这些含氮废⽔都需要降解掉。传统⽅法是使⽤硝化菌将氨转换成亚硝酸盐或硝酸盐，然后反硝化菌再将其还原成氮⽓。硝化过程的微⽣物需要氧⽓，并且需要巨量的氧⽓，因此
⼀些机器就要耗费⼤量的电来为这些污泥进⾏曝⽓。⽽且，反硝化过程还需要外碳源，例如甲醇，甲醇燃烧⼜会产⽣⼆氧化碳。所以，传统⼯艺是代价⾼昂的，不仅占⽤⼤量空间还影响环境。
厌氧氨氧化污⽔处理⼯艺具备明显的优势。厌氧氨氧化菌能够利⽤氨作为能源，不需要再⽤昂贵的甲醇。并且反应不需要氧⽓，所以厌氧氨氧化⼯艺消耗很少的电量。该⼯艺⾮常环保，不仅不产⽣⼆氧化碳，反⽽还会消耗它。厌氧氨氧化⼯艺与传统的⼯艺相⽐能减少90%的运⾏费、节省50%的空间⾯积。
从污⽔处理⼯程应⽤⾓度看，厌氧氨氧化过程⽐传统硝化—反硝化脱氮⽅式具有明显优势。这⼀过程可以彻底改变过去需要通过投加电⼦供体(碳源)才能脱氮的传统途径(反硝化)，⽆需外加碳源。同时，厌氧氨氧化过程不需要曝⽓，降低曝⽓能耗，厌氧氨氧化也可以使剩余污泥产量降⾄最低，从⽽节省⼤量的污泥处置费⽤。如果将厌氧氨氧化以颗粒污泥的形式富集于反应器中，便能维持较⾼的容积负荷率，这样不仅可以节省占地，还可以节约投资。此外能量消耗减少便意味着CO2排放的降低，因此厌氧氨氧化技术还具有明显的可持续性。
前台工作内容05 厌氧氨氧化的国际国内应⽤
1、Anammox的国际⼯程应⽤
试字开头的成语
⽬前，Anammox主要⽤于污泥消化液和含⾼氨氮⼯业废⽔的处理，且技术发展已较为成熟，在美国、德国、瑞⼠等有较多的应⽤案例。
2、北京排⽔集团的“红菌”脱氮技术研究和中试pppt
彭永臻院⼠的学⽣--张树军博⼠在到北京城市排⽔集团⼯作之后，在公司的持续⽀持下开展了“红菌”脱氮技术的研究⼯作，从实验室研究到中试及⽰范再到产业化推⼴都取得了不错的成果。
张树军博⼠取得了四个⽅⾯的成果：研发了⽣产性规模的红菌富集和纯化技术；芮诺卡红菌⽣物脱氮⼯艺及集成技术；红菌种菌⽣产、储存及复壮技术；低碳氮⽐城市污⽔厌氧氨氧化脱硫技术。这种情形是国内⽔业不多见的优秀案例。
3、国内⼯程应⽤：Mainstream/⽣物膜――西安第四污⽔处理⼚
西安第四污⽔处理⼚设计总规模50 万吨/天，⼀期规模为25 万吨/天，采⽤倒置A/A/O⼯艺，执⾏⼀级B排放标准，后经升级，改造为正置A/A/O⼯艺，在缺氧及厌氧池投加填料并延长HRT，通过搅拌+曝⽓实现填料流化，出⽔⽔质成功由⼀级B提升为⼀级A标准。
该⼚的MBBR在长期运⾏后，缺氧池和厌氧池内所投加填料表⾯⽣物膜呈现微红⾊。由于Anammox细菌富含细胞⾊素c 等蛋⽩，红⾊为其区别于其他脱氮微⽣物的特征颜⾊。这暗⽰Anammox有可能在填料表⾯实现了富集。
国内不同单位通过污泥厌氧氨氧化活性测试、基因组学测序、同位素⽰踪反应等多种⼿段的综合检测，得出两个结论：
填料上确实富集了Anammox细菌，其丰度显著⾼于悬浮污泥；
Anammox参与到污⽔脱氮过程，且对TN脱除的贡献率约占15%。
06 厌氧氨氧化处理污⽔国内应⽤的
津津有味的意思是什么技术瓶颈
爱护花草的标语厌氧氨氧化⼯艺作为⼀种具有能耗低、⽆需碳源等优点的新兴⼯艺，受到越来越多学者的研究和关注.但执⾏厌氧氨氧化过程的AAOB⽣长缓慢、细胞产率低，且易受环境条件的影响，使得该⼯艺应⽤受到严重阻碍。从技术的⾓度，⼀开始Anammox的技术应⽤就找到了绝佳切⼊点――⾼温、⾼氨氮的污泥消化液；随后发现Anammox菌对有机物、重⾦属、毒物等具有超强的耐受⼒；Anammox技术开创了功能菌在复杂污⽔处理系统实际应⽤的先河；尽管污⽔处理系统极其复杂，功能微⽣物能够在其中发挥重要的作⽤。但是，由基础研究到实际应⽤需要⼀个投⼊和成长的过程，还需要产学研的协同合作来实现。⽬前厌氧氨氧化污⽔处置⼯艺的实际应⽤现状如下：
1、污泥液废⽔处置
在污泥液废⽔处置过程中运⽤厌氧氨氧化，最为常见的便是污泥硝化液与污泥压滤液，⼀般状况下温度要掌控在31-36℃之间，酸碱值要掌控在7.1-8.4之间，只有在此基础上，才能确保厌氧氧化菌顺利成长。西⽅国家的专业⼈⼠对这⼀处置技术展开了长期的反复研究，在⼆⼗⼀世纪初期打造出⾸台亚硝化⼀厌氧氨氧化组合反应器，且充分把其运⽤在Dokhaven污⽔处置场内。⾃此之后，其余国家纷纷运⽤厌氧氨氧化技术针对污泥液废⽔的处置进⾏了诸多研究与实验，因为此项技术拥有⽔量少、⽔温⾼、⾼氨氮以及低碳氮等特点，实质上这同样是厌氧氨氧化技术运⽤的初始处置⽬标。因此，全球⼤部分厌氧安全氧化⼯程均采⽤了污泥液处置技术，并有⼤量成功经验。然⽽因为条件受限，厌氧氨氧化进程中硫化物的⼲扰和降低释放量的对策在探究与研发中依然存在诸多技术漏洞。
2、垃圾渗滤液处置
考研政治真题答案
此滤液的特征是氮含量较多，⽔质变化、有机物浓度⼤，容易产⽣重⾦属等不良物质，是⼀种繁杂的污⽔成分。氨氮浓度通常为2000mg/L，并会随着垃圾搜集时间的推移渐渐增加。在短程硝化⼀厌氧氨氧化进程中，已有新兴技术被试验过，然⽽由于其具备诸多有害物质，因此让厌氧氨氧化功效⼤⼤降低。如要进⾏⾼效可靠的运作，还要合理协调与限制微⽣物菌群中的渗滤液，继续探究与改善相关技术。
3、城市⽣活污⽔处置
伴随我国国民经济的飞速发展与城市化进程的不断推进，城市⽣活污⽔与⼯业废⽔也随之增加，若想对其展开⾼效处置，保护城市⽣态环境，就⼀定要挑选⼀种处置效果显著的污⽔处置技术，且把处置后的⽔进⾏⼆次循环运⽤，此问题现已变成国内急需解决的⾸要问题。因为城市污⽔内拥有诸多磷酸盐、氨氮以及有机碳等相应物质，⽽此种⽔环境恰恰是脱氧微⽣物成长繁衍的良好氛围，因此在污⽔处置进程中积极运⽤厌氧氨氧化展开污⽔⾼效改善与循环运⽤，可以做到污⽔⼚能源⾃给⾃⾜。
超市未眠夜
