現(xiàn)如今，傳統(tǒng)的生物脫氮技術(shù)存在一些局限性：如曝氣耗能量大、有機碳源缺乏、操作流程繁瑣、耐沖擊負荷能力差等。1995年，NH4+-N在NO2--N減少的同時也發(fā)生減少的現(xiàn)象被Mulder等人在厭氧流化床反應(yīng)器中觀察到，大量國內(nèi)外學(xué)者提出了一些區(qū)別于傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)的新型脫氮過程。例如荷蘭Delft大學(xué)提出了一種名為厭氧氨氮化的新型脫氮技術(shù)，具有無需外加有機碳源，污泥的產(chǎn)量少、脫氮的效率高等優(yōu)點。
1.厭氧氨氮化機理
Graaf等采用15N追蹤進行試驗，提出了厭氧氨氮化反應(yīng)可能的代謝過程。首先NO2-還原生成羥胺（NH2OH），然后AnAOB以NH2OH作為電子受體將NH4+氧化為聯(lián)氨（N2H4），又進一步將N2H4氧化成N2，同時產(chǎn)生2H+。之后，M.S.M.Jetten等發(fā)現(xiàn)了厭氧氨氮化反應(yīng)是在AnAOB的細胞內(nèi)進行，對反應(yīng)機理的了解得到進一步加深并稱其為厭氧氨氮化體，提出了一種厭氧氨氮化反應(yīng)的過程模擬。該過程分為3步：
第1步，細胞質(zhì)一側(cè)的NO2-，在亞硝酸鹽還原酶（NIR）的作用下被還原成NH2OH;
第2步，NH2OH轉(zhuǎn)運到厭氧氨氮化體一側(cè)，NH4+在聯(lián)氨水解酶（HH）的作用下氧化成N2H4;
第3步，厭氧氨氮化體一側(cè)的聯(lián)氨氧化酶（HZO）將N2H4氧化為N2，同時釋放4H+和4e，通過跨膜運輸物質(zhì)將4e轉(zhuǎn)運給細胞質(zhì)一側(cè)的NIR，用于下一輪的厭氧氨氮化。
2.厭氧氨氮化工藝
厭氧氨氮化工藝分成兩級系統(tǒng)的分體式工藝和一級系統(tǒng)的一體式工藝兩種反應(yīng)器類型。將兩個反應(yīng)在不同的反應(yīng)器內(nèi)進行就是分體式工藝，比如SHARON-ANAMMOX工藝。只在單個反應(yīng)器內(nèi)進行反應(yīng)就是一體式工藝，主要包含了CANON工藝、OLAND工藝和DEMON工藝等。
⑴SHARON-ANAMMOX工藝
SHARON-ANAMMOX工藝是目前使用最多的厭氧氨氮化工藝，它主要分為兩個步驟，第一步是SHARON部分，50%～60%左右的NH4+-N被氧化成NO2--N。根據(jù)氨氧化菌（AOB）和亞硝酸鹽氧化菌（NOB）的不同生長條件，控制其運行溫度、水力停留時間（HRT）以及污泥停留時間（SRT）等，逐漸淘汰反應(yīng)器中的NOB使AOB成為該反應(yīng)器的主體菌，累積獲得穩(wěn)定的NO2--N，控制氨的氧化過程只發(fā)生到生成NO2--N階段。第二步是ANAMMOX部分，剩下未反應(yīng)的NH4+-N與新生成的NO2--N發(fā)生厭氧氨氮化反應(yīng)生成N2，并形成一部分NO3--N。當SHARON工藝和ANAMMOX工藝聯(lián)合使用時，只將50%的NH4+-N轉(zhuǎn)化成NO2--N，這樣就不需要再額外加入NO2--N，此外，硝化反應(yīng)引起的堿度消耗可由厭氧出水中含有的重碳酸鹽來補償，因而無需再額外投加堿度物質(zhì)。
⑵CANON工藝
CANON工藝是指通過控制單個反應(yīng)器中的溶解氧（DO）實現(xiàn)亞硝化和厭氧氨氮化。CANON工藝反應(yīng)器中主要是絮狀或顆粒形態(tài)的污泥。在曝氣條件下，絮狀或顆粒形態(tài)的污泥表層呈現(xiàn)好氧狀態(tài)，AOB數(shù)量很多并且豐富，NH4+-N在表層被氧化生成NO2--N，與此同時存在于表層的DO也被完全耗盡，有效地防止了DO進一步轉(zhuǎn)移到內(nèi)部，從而在絮狀或顆粒形態(tài)的污泥內(nèi)部形成厭氧區(qū)為AnAOB提供了適宜的生長環(huán)境。原水中剩余的未反應(yīng)的NH4+-N和生成的NO2--N進入其內(nèi)部，經(jīng)過厭氧氨氮化反應(yīng)脫氮。CANON工藝易受到NOB的干擾，與AnAOB競爭底物，因此保證CANON工藝穩(wěn)定運行的條件是控制NOB的生長，一般可以通過控制DO或NO2--N來實現(xiàn)。
⑶OLAND工藝
OLAND工藝是2005年由Windey等提出的，與CANON工藝不同，OLAND工藝是在生物轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器的基礎(chǔ)上運行。在生物轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器的表面由AnAOB和AOB形成生物膜，位于生物膜表層的是AOB，位于生物膜底層的是AnAOB，空氣或水中的DO被AOB作為電子受體，將NH4+-N氧化成NO2--N，與此同時，DO被完全耗盡，生物膜底層呈現(xiàn)出厭氧環(huán)境，擴散轉(zhuǎn)移進入底層的NH4+-N以及NO2--N進行了厭氧氨氮化反應(yīng)生成N2，實現(xiàn)脫氮。該工藝的優(yōu)點是在適宜的操作條件下運行耗能量低，管理方便，氮的去除率高。該工藝在工程應(yīng)用中仍很少見，隨著生物轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器的應(yīng)用發(fā)展，該工藝有希望更廣泛地應(yīng)用到工程實例當中。
⑷DEMON工藝
DEMON工藝是1996年由Hannover大學(xué)的Hippen等提出的?？刂乒B(yǎng)條件是DEMON工藝的關(guān)鍵，該工藝主要以SBR方式運行。與CANON工藝和OLAND工藝的不同之處在于，DEMON工藝是通過調(diào)節(jié)pH值進而控制反應(yīng)器中NO2--N的濃度，防止過量累積的NO2--N抑制AnNOB的生長。Rosenwinkel[5]等運用DEMON工藝對污水處理廠污泥廢水進行了實驗研究，通過控制溫度、pH值、DO濃度等操作條件，實現(xiàn)了AOB和AnAOB的積累。在氨氧化負荷為120kg/d時，去除率達到70%，且運行穩(wěn)定。
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