厌氧氨氧化工艺的菌种、启动与效能

 

1.菌种特性

厌氧氨氧化菌（Anammox bacteria）是一类独特的微生物，它们属于氨氧化古菌门，具有不同于其他微生物的生物特性。这些细菌主要存在于自然界的厌氧环境中，如污水处理厂和农业废水等地方。作为一种自养微生物，厌氧氨氧化菌能够通过将氨氧化为亚硝酸根和硝酸根来获取能量，这一过程不需要依赖有机物。在厌氧条件下，这些细菌能够利用厌氧氨氧化酶这种特殊的酶系统来完成氧化反应。

虽然厌氧氨氧化菌在能量获取和污染物去除方面具有独特之处，但它们的生长特性却相对缓慢。其最大比生长率仅为0.0027 h^-1，这意味着在理想条件下，这些细菌也需要长达10-12天的时间才能完成一次倍增。此外，厌氧氨氧化菌的细胞产率也极低，每生成1g VSS（挥发性悬浮固体）需要消耗0.11g NH4^+-N（铵根离子）。

尽管生长缓慢，但厌氧氨氧化菌对基质氨和亚硝酸盐的含量却表现出极高的耐受性。然而，过高的浓度可能会对微生物活性产生抑制作用。此外，厌氧氨氧化菌还含有c型细胞色素，这种物质使得成熟的厌氧氨氧化污泥呈现出亮红色。

2.启动过程

启动厌氧氨氧化工艺是一个涉及多个步骤的复杂过程，需要逐步培养和驯化厌氧氨氧化菌。这个过程需要精确控制温度、pH值、溶解氧（DO）等关键参数。通常，启动过程包括以下步骤：    

（1）接种：从已知含有厌氧氨氧化菌的污泥或废水中接种菌种。这是整个启动过程的第一步，也是最为关键的一步。接种的菌种质量和数量将直接影响到整个工艺的启动效果。

（2）环境调控：设置适宜的温度（30-40℃）、pH值（6.7-8.3，最佳为8.0）和溶解氧浓度（尽可能低，以避免好氧菌的干扰）。这些参数的精确控制对于满足厌氧氨氧化菌的生长需求至关重要。

（3）逐步加料：在厌氧条件下，逐步增加氨氮和亚硝酸盐的浓度，以促进厌氧氨氧化菌的生长和适应。这一步骤需要逐步进行，不能一次性加入过高的浓度，否则可能会对微生物产生抑制作用。

（4）稳定运行：经过一段时间的驯化，当厌氧氨氧化菌成为系统中的主导菌群时，工艺便进入了稳定运行状态。此时，可以逐渐增加处理负荷，以提高整个工艺的处理效率。

3.效能表现

厌氧氨氧化工艺在废水处理领域展现出卓越的效能表现。该工艺能在稳定运行状态下实现高效的脱氮效果，其氨氮去除率通常可以高达86%以上，这一特性使得该工艺在处理高浓度氨氮废水中表现出显著优势。此外，厌氧氨氧化菌对亚硝酸盐（2-N）也展现出极高的耐受性，能够在高浓度的亚硝酸盐环境下保持稳定运行。

相比传统的硝化-反硝化工艺，厌氧氨氧化工艺在多个方面具备显著优势。首先，该工艺无需额外添加有机物作为碳源，这降低了处理成本并减少了二次污染。其次，厌氧氨氧化工艺的供氧能耗更低，因为其无需像传统工艺那样维持较高的溶解氧水平。此外，该工艺产生的污泥量较少，降低了污泥处理与处置的成本。最后，厌氧氨氧化工艺的二氧化碳排放量少，对环境的影响较小。这些优势使得厌氧氨氧化工艺在处理低碳氮比废水中显得尤为适用。    

4.影响因素

厌氧氨氧化工艺的运行效果受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：

（1）温度：对于厌氧氨氧化菌来说，适宜的生长温度范围为30-40℃，最适温度通常在30℃左右。温度过低或过高都会影响菌种的活性和生长速度。为了确保最佳的脱氮效果，必须对温度进行精确控制。

（2）pH值：厌氧氨氧化菌在pH值为6.7-8.3的范围内可以正常运行，其中最适pH值为8左右。pH值的波动会影响微生物的生长和代谢过程。因此，在运行过程中需要密切关注pH值的变化，并进行必要的调整以确保最佳脱氮效果。

（3）基质浓度：虽然提高基质浓度有助于提高处理效率，但过高的氨氮和亚硝酸盐浓度可能会对微生物产生抑制作用。因此，需要寻找一个合适的平衡点，以确保微生物的正常生长和代谢活动。同时注意避免浓度过低影响处理效果。

5. 应用前景  

厌氧氨氧化工艺在废水处理领域具有广阔的应用前景。随着对厌氧氨氧化菌和CANON工艺研究的深入，该工艺在低碳氮比废水处理中的应用潜力将得到进一步发掘。未来，厌氧氨氧化工艺有望在更多领域得到推广和应用，如城市污水处理、工业废水处理、农业废水处理等。同时，随着工艺技术的不断完善和成本的降低，厌氧氨氧化工艺有望成为废水处理领域的重要技术手段之一。

6. 总结  

厌氧氨氧化工艺是一种利用厌氧氨氧化菌进行废水处理的新型技术。该工艺具有无需外源有机物、供氧能耗低、污泥产生量少、CO2排放量少等优点。厌氧氨氧化菌独特的生物特性和对2-N（亚硝酸盐）的高耐受性，使得该工艺在处理低碳氮比废水时具有显著优势。    

在启动过程中，通过精确控制环境条件、逐步加料和稳定运行，可以成功培养和驯化厌氧氨氧化菌，使工艺达到高效稳定的运行状态。然而，该工艺的效能和稳定性也受到多种环境因素的影响，如温度、pH值、基质浓度和溶解氧等，需要采取相应的优化策略来克服这些不利因素。

优化策略不仅包括精确控制环境参数和合理调整基质浓度，还涉及采用高效反应器和优化微生物群落结构等方面。通过不断优化和完善，厌氧氨氧化工艺可以进一步提高处理效率和稳定性，降低运行成本，从而在实际应用中发挥更大的作用。

在应用前景方面，厌氧氨氧化工艺具有广泛的潜在应用领域。随着技术的不断发展和推广，该工艺有望在城市污水处理、工业废水处理、农业废水处理等多个领域得到广泛应用。特别是在处理低碳氮比废水时，厌氧氨氧化工艺将成为一种重要的技术手段，为废水处理行业带来新的突破和发展机遇。

综上所述，厌氧氨氧化工艺以其独特的优势和广泛的应用前景，在废水处理领域具有重要地位。未来，随着对厌氧氨氧化菌和工艺技术研究的不断深入，该工艺有望在更多领域得到推广和应用，为环境保护和可持续发展做出更大贡献。