厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺介绍PPT幻灯片课件.ppt

1、12ANAMMOX 工艺的原理ANAMMOX 工艺的特点ANAMMOX工艺的研究与发展现状34ANAMMOX（厌氧氨氧化）生物脱氮工艺是指在厌氧条件下，微生物直接以NH4+作为电子受体，以NO2或N3为电子受体，最终产生氮气的生物氧化过程，该现象于1995年在荷兰被发现并命名。5Graaf等通过15N示踪实验提出了Anammox可能代谢途径。他们认为在微生物的厌氧氨氧化过程中，NH2OH是最有可能的电子受体。NO2首先还原产生NH20H，然后厌氧氨氧化菌以NH2OH为电子受体将NH4+氧化为联氨N2H4，N2H4又进一步被还原成N2同时产生的2H+ 。6此外根据被代谢的有机物中C的最终去向，即

2、根据ANAMMOX菌在氧化有机物的过程的代谢方式和有机碳的去向，可以推断ANAMMOX的代谢过程。 Strous等在ANAMMOX菌Kuenenia stuttgartiensis的基因组中发现了4个表达脂肪酸生物合成的基因片段，Rattray等用13C标记乙酸进行示踪试验，证明了ANAMMOX菌能通过乙酰辅酶A途径代谢乙酸进而合成阶梯烷脂质用于合成厌氧氨氧化体膜。7 Strous等在ANAMMOX菌Kuenenia stuttgartiensis的基因组中发现了4个表达脂肪酸生物合成的基因片段，Rattray等用13C标记乙酸进行示踪试验，证明了ANAMMOX菌能通过乙酰辅酶A途径代谢乙酸进

3、而合成阶梯烷脂质用于合成厌氧氨氧化体膜。89ANAMMOX（厌氧氨氧化）工艺是一项创新的生物处理工艺，是脱氮领域的重要突破。ANAMMOX工艺是和废气除氨的投资回报很高的工艺。以传统的硝化/反硝化工艺相比，运行成本和二氧化碳产量的减少均高达90%。此外，该工艺只需要相当于传统工艺一半的空间。10ANAMMOX转化过程是自然氮循环的一条巧妙的捷径。结合亚硝酸反应， ANAMMOX细菌将铵氨(NH4+)直接转化为气。帕克环保与代尔夫特技术大学（荷兰）密切合作，开发了该工艺的工业应用。2002年夏天第一个ANAMMOX工业装置在荷兰启动。目前有四个ANAMMOX工业装置在运行。11很高的总去除率二氧

4、化碳产生量比传统硝化/反硝化工艺减少90% 减少50%的空间需求 动力消耗比传统硝化/反硝化工艺减少60% 不消耗甲醇剩余污泥产量极少1213目前对于Anammox技术的研究，国内外差距较大，国外已经在实际工程中得到应用。荷兰Delft University于2002年6月，在荷兰鹿特丹南部建成了世界上第一个ANAMMOX反应器并投入了生产。而我国尚处在实验室研究阶段，研究方向主要集中在ANAMMOX菌生理生化特性、ANAMMOX反应器的启动及影响因素等3个方面14由于ANAMMOX菌生长缓慢，只有在高浓度时才显示出活性。用传统的微生物培养方法至今还没有培养到ANAMMOX菌纯培物。用现代分子

5、生物学技术，无需纯培养，已经鉴定出5个ANAMMOX菌，它们均属于浮霉状菌目。传统微生物培养方法了解到的只是ANAMMOX菌混培物的一些基本生理生化特征。ANAMMOX富集培养物优势种是一类不发光的椭球形细菌，电镜下具有不规则形状 并显示出古细菌的一些特征。15目前国内对Anammox反应器的启动研究较多。文献报道采用的反应器类型主要有升流式厌氧污泥床UASB、序批式反应器SBR、序批式生物膜反应器SBBR及膨胀颗粒污泥流化床EGSB。采用的接种污泥主要有好氧污泥、好氧硝化污泥、厌氧污泥、厌氧颗粒污泥、厌氧硝化污泥、厌氧颗粒污泥和好氧污泥的混合污泥等。试验用水主要为人工配水、垃圾渗滤混合液、生

6、活污水及焦化废水等。16林琳等研究了亚硝态氮、硝态氮、羟氨对厌氧氨氧化的影响，得出氨和硝态氮，转化比例为1.085氨和亚硝态氮的转化比例为0.897在培养液中加人羟氨加速了厌氧氨氧化反应的进行。杨洋等15研究了温度、pH值和有机物对厌氧氨氧化污泥活性的影响研究表明最佳温度为3035。温度和氨氧化速率的关系可用修正的Arrhenius描述。最佳pH值为7.09.0pH值和氨氧化速率的关系可用双底物双抑制。17陈曦等研究了温度和pH值对厌氧氨氧化微生物活性的影响。研究表明最佳温度为30最佳pH值为7.8。阮文权等17对厌氧氨氧化反应器运行条件的研究表明厌氧氨氧化反应最模型来描述有机物的存在会导致氨

7、氧化菌之间的竞争适pH值为7-7.5温度为301当COD质量浓度为80050mgL时厌氧氨氧化速率达到最大。1819基于ANAMMOX原理目前已开发的工艺主要有3种OLAND限氧自养硝化-反硝化工艺、单相CANON工艺、两相SHARON-ANAMMOX工艺。这几个新工艺的研究限氧自养硝化反硝化工艺 两相工艺 单相 工艺 基于亚硝酸盐的完全自养脱氮这几个新工艺的研究目前主要还处于实验室研究阶段。20由自养硝化菌作为生物催化剂所发生的氧化还原除氮，为氧控自养硝化反硝化的简称，该工艺分为两个部分进行：第一步是将废水中的一半氨氮氧化为亚硝酸盐；第二步是亚硝酸盐与剩余另一半氨氮发生厌氧氨氧化反应从而达到

8、脱氮的目的。21实现两阶段限氧自养硝化反硝化工艺的关键在于亚硝化阶段严格控制废水溶解氧水平，将近50的氨氮转化为亚硝酸盐，从而实现硝化阶段稳定的出水比例NH4/N02-1.20.2，为厌氧氨氧化阶段提供理想进水，提高整个工艺的脱氮效率。和传统生物脱氮工艺相比，Oland工艺有如下特点（1）理论上只需将一半的氨氮氧化（2）不需外加有机碳源（3）污泥量产生少。这些特点都将有效降低其运行成本。目前OLAND工艺还停留于实验室探索阶段。22Canon工艺是2002年首先由荷兰Delft 工业大学提出的新型工艺生物脱氮工艺。在Canon工艺中亚硝酸细菌把氨氧化成亚硝酸盐厌氧氨氧化菌则把氨和亚硝酸盐转化成

9、氮气。整个脱氮过程在亚硝酸菌和厌氧氨氧化菌的协作下完成。亚硝酸菌的基质是氨和氧气厌氧氨氧化细菌的基质是氨和亚硝酸盐在没有外源亚硝酸盐的情况下厌氧氨氧化菌有赖于亚硝酸菌提供基质。由于厌氧氨氧化菌和亚硝酸菌都是自养型细菌因此Canon工艺无需外源有机物能够在完全无机的条件下进行。 环境中的NH3-N与DO是决定CANON工艺的两个关键因素目前该工艺在世界上也处于研究阶段并没有真正得到工程应用。23该工艺的核心是应用硝酸菌和亚硝酸菌的不同生长速率即高温30-35下亚硝酸菌的生长速率明显噶偶硝酸菌的生长速率这一固有特性控制系统水力停留时间与反应温度。从而使硝酸菌被淘汰形成反应器中亚硝酸菌的积累使氨氧化

10、控制在亚硝化阶段。该工艺反应温度高微生物增殖快。好养停留时间短微生物活性高而Ks值也高进出水浓度无相关性使得进水浓度越高去除率越高。24。 Delft 工业大学对厌氧氨氧化工艺进行了许多研究工作并于2002年在Dokhaven污水处理厂建成世界上第一座ANAMMOX反应塔。目前摆在研究者面前的问题是如何控制工艺条件使SHARON工艺的出水实现适宜、稳定的N0f/NH才比例。Volcke等19较为系统的研究了DO和pH对SHARON工艺的影响。试验一共选择了8种控制方法并借助经济评价模型OCIOperatingCost Index分别估算了各控制方法下的最低运行成本。25与传统脱氮技术相比，生物

11、脱氮新技术处理氨氮废水时具有明显的优势。在污水生物处理系统中，相比传统生物脱氮技术，利用厌氧氨氧化所开发的工艺可以节省90%的运行费用和50%的空间体积，同时减少N2O的产生和污泥的排放。如果与其他工艺相结合，ANAMMOX将是一个比较理想的生物脱氮方法。26到目前为止，很多学者利用实验室规模反应器通过接种不同的种泥成功富集了ANAMMOX菌，并对其特性进行多方面的研究。据了解，目前全世界至少有13座正在运行的系统，负责处理制革厂半导体制造厂等产生的各种不同类型的含氮废水，但是由于ANAMMOX菌具有世代时间长细胞产率低和对环境条件 如温度溶解氧 非常敏感富集培养困难等缺点，而且有关ANAMMOX菌对有机物的代谢特性目前还处于探究阶段，因此，欲使ANAMMOX工艺在世界范围内广泛应用，还需要深入研究。27