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厭氧氨氧化是指在厭氧條件下,微生物細菌直接以NH4為電子供體,以N街或N03為電子受體,將N嘆、NOz或N03轉變成N:的生物氧化過程[2a-2610 1994年,Kuenen[27」等發現某些細菌在硝化一反硝化反應中能利用NOZ或NO3作電子受體將N哎氧化成N:和氣態氮化物;1995年,Mulder[28〕等用流化床反應器研究生物反硝化時,發現出水中氨氮也可以在缺氧條件下消失,氨去除速率(以N計)大可達到0.4k g/(m3"d) ,而且氨的轉化總是和N03的消耗同時發生,并伴隨有氣體產生,因此證實了氨氮的厭氧生物氧化現象。1999年,Jentten[26〕等對ANMMOX的進一步研究揭示:在缺氧條件下,氨氧化菌可以利用N可或N從ON作電子供體將N03或NOZ還原,NH20H,N玩N姚,NO和N20等為重要的中間產物,并提出了其可能的反應途徑,如圖3所示[(29]0研究 發 現 ,厭氧反應器中N曰濃度的降低與N03-或N02-的去除存在一定的比例關系。發生的反應可假定為:
5N 碳 + 3N O 3- 4N2+9峽0+2H+
AG = 一2 97 U / mol
NH 4' + N0 2 _ N2+2H20
AG = 一 3 58 目 / mol
根據化學熱力學理論,上述反應的△G小于0,說明反應可自發進行。厭氧氨氧化過程的總反應是一個產生能量的反應,從理論上講,可以提供能量供微生物生長。
厭氧氨氧化工藝受到基質濃度、pH、溫度等因素的影響。研究結果表明「30],較高濃度的氨和亞硝酸鹽分別存在或同時存在時,都會對厭氧氨氧化菌的活性產生一定的抑制作用,并測得氨的抑制常數為38.0-98.5m mol/L,N0 3的抑制常數為5.4一12.0 mmol/L.由于氨和N02在水溶液中會發生離解,因此pH對厭氧氨氧化具有影響作用。鄭平〔30〕的研究表明,厭氧氨氧化反應的適宜pH在7.5左右。另有研究發現〔30],當溫度從15℃升到30℃時,厭氧氨氧化速率隨之增加,但溫度繼續升至35℃時,反應速率下降,由此認為厭氧氨氧化工藝適宜的溫度為30℃左右。
3.3 半硝化一厭級氮化短程 硝 化 一反硝化縮短了生物脫氮的途徑,在以A/0間歇運行方式處理高濃度廢水時取得了較好的效果,但在反硝化期需要消耗大量碳源。因此在處理高氮低碳含量廢水時,人們研究了一種全新的生物脫氮工藝即半硝化一厭氧氨氧化工藝。該工藝的基本原理是將短程硝化與厭氧氨氧化相結合,在硝化反應器中控制部分硝化,使出水的NH4與NOZ比例接近l:l,從而作為厭氧氨氧化反應器的進水,其反應式如下:
NH4+0.75 0,—— 0.5NH4+0.5N02+0.5H20+H十
0.5N田+0.5NO2 - 0.5N,+H2O與傳統的生物脫氮工藝相比,半硝化一厭氧氨氧化工藝在需氧量和外加碳源上都具有明顯的優勢:傳
統工藝的需氧量為4.65 kg/kg(以每千克N需要的O:量計,下同),而組合工藝的需氧量為1.7 kg/kg,不需要外加碳源。有人采用半硝化一厭氧氨氧化工藝對污泥消化出水進行了研究〔〕:硝化反應器總氮負荷為0.8k g/(m 3"d),出水作為厭氧氨氧化流化床反應器的進水,在限制N02的厭氧氨氧化反應器中N02被全部去除,NH4剩余下來。試驗中N嘆的去除率可達83 ,表明半硝化一厭氧氨氧化生物脫氮工藝具有較好的脫氮效果。該工藝是迄今為止簡捷的生物脫氮工藝,具有廣泛的應用前景。
短程硝化一反硝化工藝縮短了生物脫氮的途徑,具有降低能耗、節省碳源、減少污泥生成量、縮小反應器容積等優點,對c與N質量比低的廢水的生物脫氮處理具有重要意義。厭氧氨氧化工藝是在厭氧條件下直接利用NH4作電子供體,無需供氧、無需外加有機碳源維持反硝化,很好地解決了傳統硝化一反硝化工藝處理高氮低碳廢水時存在的問題。半硝化一厭氧氨氧化工藝比傳統的生物脫氮工藝減少耗氧60 ,且不需投加碳源,具有可持續發展意義,是生物脫氮技術研究的一個新突破,對其反應途徑及微生物生理特性的研究還需進一步開展。
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