Anammox的实现及其应用前景分析

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0173

摘要/Abstract

摘要：

低碳高效的Anammox技术在污水处理中对实现“双碳”目标具有潜力，并为污水处理厂工艺带来技术变革。对传统脱氮和Anammox脱氮进行了比较，指出Anammox在节能降耗和温室气体减排中具有优势；分析了实现短程硝化Anammox（PNA）和短程反硝化Anammox（PDA）稳定获得NO₂^-的控制策略，其中游离氨（FA）、温度、DO和间歇曝气是PNA的重点调控因子，而碳氮比是PDA的重要控制因素。基于控制原理，Anammox技术在多种污水中具有应用前景，但PNA更适合污泥消化液、污泥脱水液和垃圾渗滤液的处理，PDA则更适合低温、低NH₄⁺-N的主流污水，以及城市污水和NO₃^-污水混合污水的处理。未来研究的重点在于：界定适于PNA和PDA的污水种类，考察污水组分对PNA/PDA的影响及响应，中试验证各种污水的PNA/PDA，改造升级传统脱氮以实现PNA/PDA。

关键词: 生物脱氮, Anammox, 节能降耗, 碳达峰, 碳中和

Abstract:

Anammox technology with low carbon and high efficiency has the potential to achieve the "carbon peaking and carbon neutrality goals" in wastewater treatment， and brings technological changes to wastewater treatment plant processes. Traditional denitrification and Anammox denitrification were compared， and it was pointed out that Anammox has advantages in energy saving and greenhouse gas emission reduction. The control strategies to achieve stable NO₂^-acquisition by PNA and PDA were analyzed， among which FA， temperature， DO and intermittent aeration were the key control factors of PNA， while carbon-nitrogen ratio was an important control factor of PDA. Based on the control principles， Anammox technology has promising applications in a variety of wastewaters， but PNA is more suitable for the treatment of sludge digestion liquid， sludge dewatering liquid and landfill leachate. While PDA is more suitable for the treatment of mainstream wastewater with low temperature， low NH₄⁺-N， and mixture of municipal wastewater and NO₃^-wastewater. Future research will focus on defining wastewater types suitable for PNA and PDA， examining the effect and response of effluent components on PNA/PDA， demonstrating PNA/PDA for various effluents in pilot tests， and upgrading traditional denitrification to realize PNA/PDA.

Key words: biological denitrification, Anammox, energy-saving, carbon peaking, carbon neutral

中图分类号:

X703

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https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I4/45

图/表 4

表1 Anammox脱氮与传统脱氮的比较

Table 1 Comparison of Anammox denitrification and tradition denitrification

项目	传统脱氮		Anammox脱氮
项目	传统脱氮		PNA	PDA
反应式	NH₄⁺+2O₂ $→$ NO₃^-+H₂O+2H⁺ CH₃COOH+2O₂ $→$ 2CO₂+2H₂O		NH₄⁺+1.37O₂+0.08CO₂+0.02HCO₃^- $→$ 0.98NO₂^-+0.02C₅H₇NO₂+ 0.97 H₂O+1.96H⁺	NH₄⁺+1.82O₂+0.13CO₂ $→$ 0.03C₅H₇NO₂+0.97NO₃^-+0.92H₂O+1.97H⁺
				NO₃^-+0.37CH₃COO^-+0.036H⁺ $→$ 0.036C₅H₇NO₂+0.97NO₂^-+0.37HCO₃^-+0.26H₂O+0.19CO₂
	5CH₃COO^-+5H⁺+8NO₃^- $→$ 4N₂+10CO₂+6H₂O+8OH^-		NH₄⁺+1.32NO₂^-+0.066HCO₃^-+0.13H⁺ $→$ 1.02N₂+0.26NO₃^-+0.066CH₂O_0.5N_0.15+2.03H₂O
运行条件		好氧+缺氧	限氧+厌氧	好氧+厌氧
电子供体		碳源	NH₄⁺-N	碳源+NH₄⁺-N
功能菌株		AOB+NOB+DNB	AOB+AAOB	AOB+NOB+DNB+AAOB
氮去除率/%		100	89	100
O₂消耗/（g ·g^-1）		4.57	1.95	2.39
COD消耗/（g ·g^-1）		2.86	0.31	1.31
生物污泥/（g ·g^-1）		0.86	0.14	0.29
CO₂排放/（g ·g^-1）		3.93	0	0.79
N₂O排放		较高	减少57%	减少50%

表1 Anammox脱氮与传统脱氮的比较

Table 1 Comparison of Anammox denitrification and tradition denitrification

项目	传统脱氮		Anammox脱氮
项目	传统脱氮		PNA	PDA
反应式	NH₄⁺+2O₂ $→$ NO₃^-+H₂O+2H⁺ CH₃COOH+2O₂ $→$ 2CO₂+2H₂O		NH₄⁺+1.37O₂+0.08CO₂+0.02HCO₃^- $→$ 0.98NO₂^-+0.02C₅H₇NO₂+ 0.97 H₂O+1.96H⁺	NH₄⁺+1.82O₂+0.13CO₂ $→$ 0.03C₅H₇NO₂+0.97NO₃^-+0.92H₂O+1.97H⁺
				NO₃^-+0.37CH₃COO^-+0.036H⁺ $→$ 0.036C₅H₇NO₂+0.97NO₂^-+0.37HCO₃^-+0.26H₂O+0.19CO₂
	5CH₃COO^-+5H⁺+8NO₃^- $→$ 4N₂+10CO₂+6H₂O+8OH^-		NH₄⁺+1.32NO₂^-+0.066HCO₃^-+0.13H⁺ $→$ 1.02N₂+0.26NO₃^-+0.066CH₂O_0.5N_0.15+2.03H₂O
运行条件		好氧+缺氧	限氧+厌氧	好氧+厌氧
电子供体		碳源	NH₄⁺-N	碳源+NH₄⁺-N
功能菌株		AOB+NOB+DNB	AOB+AAOB	AOB+NOB+DNB+AAOB
氮去除率/%		100	89	100
O₂消耗/（g ·g^-1）		4.57	1.95	2.39
COD消耗/（g ·g^-1）		2.86	0.31	1.31
生物污泥/（g ·g^-1）		0.86	0.14	0.29
CO₂排放/（g ·g^-1）		3.93	0	0.79
N₂O排放		较高	减少57%	减少50%

图1 PNA和PDA脱氮过程

Fig. 1 Process of PNA and PDA denitrification

图2 PNA和PDA脱氮过程亚硝酸盐积累策略

Fig. 2 Nitrite accumulation strategy in PNA and PDA denitrification process

表2 PNA污水处理工程案例

Table 2 Project cases of PNA wastewater treatment

工程		处理对象	脱氮负荷/（kg·m^-3·d^-1）	建设时间
国外	德国Mechernich垃圾填埋场渗滤液处理厂	垃圾渗滤液	1.23	1994年
	荷兰鹿特丹Sluisjesdijk污泥处理站	污泥消化液	9.9	2002年
	德国Hattingen污水处理厂	污泥脱水液	0.3~0.4	2002年
	奥地利Strass污水处理厂	污泥脱水液	0.7	2003年
	荷兰Lichtenvoorde 制革工业污水处理厂	污泥脱水液	1.0	2004年
	荷兰Olburgen工业污水处理厂	污泥脱水液	1.2	2006年
	荷兰Bergen op Zoom工业污水处理厂	工业废水消化液	0.26	2010年
	荷兰Apeldoorn	污泥脱水液	0.41	2010年
	瑞典Sjölunda污水处理厂	污泥脱水液	1.2	2010年
	新加坡樟宜污水厂	市政污水	0.12	2011年
	丹麦Marselisborg污水厂	市政污水	—	2015年
国内	台湾垃圾渗滤液处理	垃圾渗滤液	—	2006年
	安琪酵母公司污水处理	酵母生产废水	2.00	2009年
	梅花工业园污水处理Ⅱ期	味精生产废水	2.20	2010年
	山东湘瑞药业有限公司污水处理	玉米淀粉和味精生产废水	1.42	2011年
	新疆五家渠工业园区污水处理	味精废水	1.98	2011年
	湖北十堰西部垃圾渗滤液处理	垃圾渗滤液	—	2015年
	北京高碑店污水处理厂	污泥消化液	—	—

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