这家污水厂采用厌氧氨氧化后，实现了极限脱氮和零碳源投加？

2002年，帕克公司在鹿特丹DOKHAVEN污水厂建设了世界第一座70m3的厌氧氨氧化反应器，实现了污泥消化液高氨氮废水的生物脱氮，正式开启了厌氧氨氧化高效脱氮的发展之路。

2004年，奥地利Strass污水厂在侧流工艺引入好氧反氨化工艺（厌氧氨氧化技术的一种，为方便区分，以下简称：DEMON），且在出水效果良好的情况下，又将其加入主流工艺实践。此后，厌氧氨氧化在主流工艺上的应用也拉开了帷幕。

首座在主流工艺上实践厌氧氨氧化， 实现“  0碳源 ”和“ 能源自给 ” 的污水厂

Strass污水厂的主流工艺为AB工艺，其中低负荷的B段最初采用硝化-反硝化工艺实现脱氮。直到2004年，该厂将DEMON工艺引入侧流工艺，处理高氮负荷的污泥消化液和脱水液，使得侧流厌氧氨氧化总氮去除率约为20-25%，出水氨氮控制在5 mg/L以下。

STRASS污水厂全貌

在说DEMON工艺之前，想先和大家来说一说这个厌氧氨氧化技术到底是什么？

厌氧氨氧化 技术是由荷兰Delft技术大学开发应用的一种新型污水生物脱氮工艺，其在理念和技术上大大突破了传统生物脱氮工艺。

在缺氧或厌氧条件下，厌氧氨氧化菌AnAOB以氨为电子供体，亚硝酸盐作为电子受体，氧化氨氮为氮气，同时伴随着以亚硝酸盐为电子受体固定二氧化碳并产生硝酸盐的生物过程。

总生化反应式为：NH4++ NO2-= N2+ 2H2O。

整个反应过程主要分两步。

第一步是部分亚硝化 ，由亚硝化菌将NH4+-N氧化为NO2--N，此过程中约55%的氨氮被转化为亚硝酸盐氮，同时进行厌氧氨氧化菌的富集。

第二步是厌氧氨氧化 ，在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌将剩余氨氮作为电子供体，亚硝酸盐氮作为电子受体，使两者以1:1的比例反应，生成氮气。

其中，厌氧氨氧化的可能代谢途径如下所示：

短程硝化菌产生的亚硝酸盐氮NO2-N首先被还原为最可能是电子受体的羟氨NH2OH，然后NH2OH与NH4+-N结合生成联氨N2H4，最后N2H4被氧化生成N2，完成自养脱氮全过程。

全过程中，大约89%的无机氮都将被转化产生氮气，另外11%的无机氮被转化为硝酸盐氮。

与传统硝化反硝化脱氮工艺相比， 厌氧氨氧化 工艺有着明显的技术优势：

几乎无需外加碳源。 厌氧氨氧化 以CO2作为碳源，无需提供外加碳源。如果是为了去除硝酸盐产物而需投加碳源，投加量也比传统工艺中碳源投加量降低90%。

节省 60%曝气量，降低能耗。 硝化反应每氧化 1 mol需耗氧 2 mol , 而厌氧氨氧化反应中 , 每氧化 1 molNH+4 只需耗氧0.75 mol。

剩余污泥产量减少，降低污泥处置费 。 厌氧氨氧化菌生长缓慢，细胞产率低，产泥量远低于传统脱氮工艺，大大降低剩余污泥的处理和处置成本。

减少温室气体的 产生与排放 。 与全程硝化反硝化比较，缩短了反应进程，减少了温室气体NO和N2O的产生与排放。

DEMON工艺是将 厌氧氨氧化的两部分反应过程置于一个反应器中的一体式工艺。 核心特点是 基于pH的DO实时控制短程硝化 和 基于水力旋流器分离厌氧氨氧化菌 。 与分体式厌氧氨氧化相比，主要有基建和运行成本低、单位体积脱氮速率高等优点。

STRASS污水厂水质去除率指标

Strass污水厂将其加入主流工艺AB工艺的B段升级改造，使得污水厂 TN的年去 除率可达到高于85%，出水TN的浓度小于5mg/L，NH4-N小于1.5mg/L，得到极限脱氮的效果。

Strass污水厂厌氧氨氧化工艺流程图

从整体工艺流程图可以看出，该厂是将水力旋流器的底流回流到DEMON，以富集厌氧氨氧化菌，溢流回流到B段工艺中，DEMON的一部分污泥引入到B段工艺。

B段的剩余污泥也经过了水力旋流器来分离控制不同细菌的泥龄，底流的污泥回流到B段，溢流的污泥进入消化池。

其中，DEMON工艺的设计参数：

进水氮负荷为300kg N/d，反应器池容500m3，容积负荷为0.6kgN/m3·d，周期为6h，进水加曝气 4.5h、搅拌(无曝气)10-15min、静置 45-50min、排空 30min。

进水COD约550mg/L，其中约85%惰性COD。pH高于7.01时开始曝气，低于7.00时停止曝气。

污泥浓度：3-4g/L，DO的控制设定值为0.3mg/L，该厂曾经由于曝气过度，引起系统崩溃，一年半年后才恢复。污泥龄为80-100d。

每去除1kg氮的电耗为0.8~1.0kWh。厌氧氨氧化技术的应用使侧流的能耗从350kWh/d降至196kWh/d，对整个污水处理厂的能源自给也起到了一定的作用。

目前，全球商业性的厌氧氨氧化技术已有多种，DEMON技术是其中的一种，也是目前应用最广的一种厌氧氨氧化技术，在全球已有超过20多座使用DEMON技术的污水厂。

厌氧氨氧化 衍生工艺与 应用现状

基于厌氧氨氧化工程应用的逐步扩大，也开发出了更多成熟的衍生工艺，包括CANON工艺、DEMON工艺、DEAMOX工艺、ANITATMMox工艺、OLAND工艺等。这些工艺当前主要应用于处理污泥消化液、垃圾渗滤液和含高氨氮工业废水。

荷兰Olburgen污水厂污水主要来自世界第四大马铃薯加工厂，工厂采用一体式的CANON工艺来处理土豆加工废水，氨氮去除率可达到90%。

我国通辽梅花味精废水Ⅰ期工程，也采用CANON工艺处理谷氨酸钠（味精）生产中的废水。该厌氧氨氧化反应器也是迄今世界上规模最大ANAMMOX工程，设计脱氮能力达1.1万kgN/d。

瑞典Sj?lunda污水厂后期采用IFAS ANITATMMox工艺处理污泥脱水液，氨氮去除率达到80%。

荷兰Apeldoorn同样采用DEMON工艺处理污泥消化液，达到了不错的脱氮效果。

厌氧氨氧化是迄今为止世界上公认的最经济高效的污水脱氮工艺。 到2014年末，全球范围内厌氧氨氧化污水处理厂已超100座，但这些污水厂主要用于处理高氨氮浓度的污水。在城市污水处理的工程化应用中，厌氧氨氧化技术尚不成熟。

主流厌氧氨氧化应用瓶颈与未来展望

厌氧氨氧化工艺很好地解决了含氮废水的脱氮难题，且处理过程耗时短、耗能低、运行成本低、基建投资少，在国内外的侧流工艺中已有工业化规模在稳定运行。但想要实现厌氧氨氧化在主流工艺中的应用，仍然面临着：

1、市政污水氮浓度低、有机物浓度高；

2、厌氧氨氧化菌生长周期长、生长速率低，富集培养较为困难；

3、工艺启动时间较长，运行条件的相对苛刻；

4、冬季水温低，厌氧氨氧化菌种培养驯化困难，工艺运行不稳定

等技术难点，使得其在推广和实践上存在一定局限性， 制约了厌氧氨氧化在工程实践中进一步的应用。

因此，厌氧氨氧化菌的富集培养、快速增殖与主流工艺应用难点克服养将成为该技术接下来的重点研究问题。