部分亚硝化-厌氧氨氧化脱氮机理及应用

基于短程硝化和厌氧氨氧化原理开发的新型生物脱氮工艺主要有三类：① 部分亚硝化-厌氧氨氧化（Partial nitrification-anammox，PN-ANAMMOX）工艺，多数采用两级组合工艺；② 生物膜内自养脱氮（Completely autotrophic ammonium removal over nitrite，CANON）工艺，通常在单一自养反应器内完成；③ 氧限制自养硝化反硝化（Oxygen limited autotrophic nitrification denitrification，OLAND），既可以是一体化反应系统，也可以是两级反应系统。其中，PN-ANAMMOX工艺中最经典的是SHARON-ANAMMOX（Single reactor forhigh ammonium removal over nitrite-anammox）工艺。

SHARON-ANAMMOX工艺是目前研究和应用最为广泛的新型生物脱氮技术，最早于2001年由荷兰Delft技术大学的Van等[103]开发出来，SHARON和ANAMMOX反应器分别采用CSTR和颗粒污泥SBR形式。SHARON-ANAMMOX工艺包括两个反应阶段：一是在有氧的SHARON反应器内，通过AOB的作用将约50%的NH4+-N氧化成NO2--N，使出水NO2--N和NH4+-N的理论浓度比接近1∶1［化学反应式（1-21）］；二是在厌氧的ANAMMOX反应器内，通过AAOB的作用将ANAMMOX反应器出水中的NO-2-N和NH+4-N转化为N2，其基本工艺流程如图1-9所示。

图1-9　SHARON-ANAMMOX工艺基本流程(www.xing528.com)

SHARON-ANAMMOX组合工艺把AOB和AAOB分置于两个单独反应器内，为两类功能菌的生长繁殖提供了良好的环境，因而脱氮效果较好；同时它不需要外加碳源，还能节约50%左右的供氧量，污泥产率也较低，与传统生物脱氮工艺相比，该工艺能节约90%的运行成本，具有良好的应用前景。Hwang等[104]采用SHARON-ANAMMOX工艺处理猪场养殖废水，SHARON段的进水氨氮负荷和氨氮转化率分别为0.97、0.73 kg NH4+-N·（m3·d）-1，ANAMMOX段的进水氮负荷和氮转化率分别为1.36、0.72 kg N·（m3·d）-1；陈旭良等[105]采用SHARON-ANAMMOX工艺处理味精废水，SHARON段的NO2--N积累率可达（87.0±6.5）%，经ANAMMOX段处理后的氮去除负荷约为2 000 mg·（L·d）-1；Akgul等[106]在35 °C条件下采用SHARONANAMMOX工艺处理垃圾渗滤液，NO2--N和NH4+-N去除率可分别达到92%和78%以上。

目前，SHARON-ANAMMOX工艺主要用于处理畜禽养殖废水、味精废水、垃圾渗滤液等高NH4+-N浓度的废水，且SHARON工艺的核心原理是利用了较高温度（30～40 °C）下AOB的生长速率高于NOB，从而实现NO2--N的高效积累。对城镇生活污水而言，NH4+-N浓度通常低于100 mg·L-1，水温通常低于30 °C，缺少利于AOB和AAOB快速生长繁殖的有利条件，要实现生活污水的PN-ANAMMOX脱氮具有较大的困难。因此，应对PN-ANAMMOX工艺处理常温低基质浓度污水的可行性展开进一步研究，探讨实现稳定、高效、低耗脱氮的调控策略，才能使该工艺获得更加广阔的应用空间。