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厭氧氨氧化與短程硝化反硝化的區(qū)別！
來源：科柏盛環(huán)保 發(fā)布時(shí)間：2021-01-06
厭氧氨氧化與短程硝化反硝化的區(qū)別，很多小伙伴容易搞混，本文從兩個(gè)工藝本身的原理出發(fā)寫一寫兩個(gè)工藝的異同點(diǎn)！
一 短程硝化反硝化
生物脫氮包括硝化和反硝化兩個(gè)反應(yīng)過程，*步是由亞硝化菌將NH4+-N氧化為NO2--N的亞硝化過程；第二步是由硝化菌將NO2--N氧化為氧化為NO3--N的過程；然后通過反硝化作用將產(chǎn)生的NO3—N經(jīng)由NO2--N轉(zhuǎn)化為N2，NO2--N是硝化和反硝化過程的中間產(chǎn)物。1975年Voets等在處理高濃度氨氮廢水的研究中，發(fā)現(xiàn)了硝化過程中NO2--N積累的現(xiàn)象，*次提出了短程硝化反硝化脫氮的概念。如下圖所示。
比較兩種途徑，很明顯，短程硝化反硝化比全程硝化反硝化減少了NO2-、NO3-和NO3- 、NO2-兩步反應(yīng)，這使得短程硝化反硝化生物脫氮具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、可節(jié)約供氧量25%。節(jié)省了NO2-氧化為NO3-的好氧量。
2、在反硝化階段可以節(jié)省碳源40%。在C/N比一定的情況下提高了TN的去除率。并可以節(jié)省投堿量。
3、由于亞硝化菌世代周期比硝化菌短，控制在亞硝化階段可以提高硝化反應(yīng)速度和微生物的濃度，縮短硝化反應(yīng)的時(shí)間，而由于水力停留時(shí)間比較短，可以減少反應(yīng)器的容積，節(jié)省基建投資，一般情況下可以使反應(yīng)器的容積減少30%~40%。
4、短程硝化反硝化反應(yīng)過程在硝化過程中可以減少產(chǎn)泥25%~34%，在反硝化過程中可以減少產(chǎn)泥約50%。 由于以上的優(yōu)點(diǎn)，使得短程硝化-反硝化反應(yīng)尤其適應(yīng)于低C/N比的廢水，即高氨氮低COD，既節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用又可以節(jié)省補(bǔ)充的碳源的費(fèi)用，所以該工藝在煤化工廢水方面非常可行。
二 厭氧氨氧化
本文說的厭氧氨氧化是目前的主流的應(yīng)用的工藝流程（彭永臻院士的短程反硝化暫時(shí)不介紹）。Anammox是在無氧條件下，以氨為電子供體、亞硝酸為電子受體，產(chǎn)生氮?dú)夂拖跛岬纳锓磻?yīng)。Anammox包括兩個(gè)過程：一是分解（產(chǎn)能）代謝，即以氨為電子供體，亞硝酸鹽為電子受體，兩者以1:1的比例反應(yīng)生成氮?dú)�，并把產(chǎn)生的能量以ATP的形式儲(chǔ)存起來；二是合成代謝，即以亞硝酸鹽為電子受體提供還原力，利用碳源二氧化碳以及分解代謝產(chǎn)生的ATP合成細(xì)胞物質(zhì)，并在這一過程中產(chǎn)生硝酸鹽。厭氧氨氧化菌 (Anaerobic ammonia oxidation bacteria, AnAOB) 是厭氧氨氧化的實(shí)施者。
厭氧氨氧化的發(fā)生進(jìn)程主要分為兩大步：“*個(gè)過程是部分亞硝化(Partial Nitritation)，在這個(gè)過程中只有大約55%的氨氮需要轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮;第二個(gè)過程是厭氧氨氧化(Anammox)，氨氮在厭氧條件下，被亞硝酸氮作為電子受體，氧化成氮?dú)�。因此它也被稱作PN/A工藝。
在這過程中，大約89%的無機(jī)氮都將被轉(zhuǎn)化產(chǎn)生氮?dú)猓硗?1%的無機(jī)氮被轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，與傳統(tǒng)硝化反硝化工藝相比，厭氧氨氧化工藝有著巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其曝氣能耗只有傳統(tǒng)工藝的55-60%;該工藝幾乎無需碳源，如果為了去除硝酸鹽產(chǎn)物需要在厭氧氨氧化過程中投加碳源，其投加量也比傳統(tǒng)工藝中碳源投加量降低90%;厭氧氨氧化工藝可以減少45%堿度消耗量。同時(shí)，厭氧氨氧化工藝的污泥產(chǎn)量也遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)脫氮工藝，這將顯著降低剩余污泥的處理和處置成本。
三 短程硝化反硝化與厭氧氨氧化的異同點(diǎn)
1、影響因素的共同點(diǎn)
短程硝化反硝化與厭氧氨氧化的共同點(diǎn)就是短程硝化，所以短程硝化的影響因素是兩者相同的地方。
1.1、溫度的影響 溫度對(duì)微生物影響很大。亞硝酸菌和硝酸菌的*適宜溫度不相同，可以通過調(diào)節(jié)溫度抑制硝酸菌的生長而不抑制亞硝酸菌的方法，來實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化過程。國內(nèi)的高大文研究表明：只有當(dāng)反應(yīng)器溫度超過28℃時(shí)，短程硝化反硝化過程才能較穩(wěn)定地進(jìn)行。
1.2、pH值的影響 pH較低時(shí)，水中較多的是氨離子和亞硝酸，這有利于硝化過程的進(jìn)行，此時(shí)無亞硝酸鹽的積累；而當(dāng)pH較高時(shí)，可以積累亞硝酸鹽。因此合適的pH環(huán)境有利于亞硝化菌的生長。pH對(duì)游離氨濃度也產(chǎn)生影響，進(jìn)而也會(huì)影響亞硝酸菌的活性，研究表明：亞硝化菌的適宜pH值在8.0附近，硝化菌的pH值在7.0附近。因此，實(shí)現(xiàn)亞硝化菌的積累的pH值*好在8.0左右。
1.3、溶解氧（DO）的影響DO對(duì)控制亞硝酸鹽的積累起著至關(guān)重要的作用。亞硝化反應(yīng)和硝化反應(yīng)均是好氧過程，而亞硝酸菌和硝酸菌又存在動(dòng)力學(xué)特征的差異：低DO條件下亞硝酸菌對(duì)DO的親和力比硝酸菌強(qiáng)。可以通過控制DO使硝化過程只進(jìn)行到氨氮氧化為亞硝態(tài)氮階段，從而淘汰硝酸菌，達(dá)到短程硝化的目的。
1.4、泥齡的影響氨氮的硝化速率比亞硝態(tài)氮的氧化速率快，而亞硝酸菌的世代周期比硝化菌的世代周期短，因此可以通過控制HRT使泥齡在亞硝酸菌和硝酸菌的*小停留時(shí)間之間，使亞硝酸菌成為優(yōu)勢(shì)菌種，逐步淘汰硝酸菌。
2、影響因素的不同點(diǎn)
污水中含有的COD 有助于異養(yǎng)反硝化菌的生長并對(duì)Anammox 過程形成抑制，只有當(dāng)COD 被前者消耗至較低水平時(shí)Anammox 過程才有可能占主導(dǎo)。這一問題在高強(qiáng)度城市污水的處理中尤為突出。Winkler等通過研究指出，在25℃環(huán)境下，如果原水的C/N ＜0.5，則Anammox 與異養(yǎng)反硝化過程可以和諧共存，不會(huì)導(dǎo)致脫氮效果下降。而反硝化必須有碳源的存在，并且需要控制CN比2-4（短程硝化反硝化），所以，碳源對(duì)于這兩來說是*大的不同點(diǎn)！
3、環(huán)境的異同點(diǎn)
厭氧氨氧化與短程硝化反硝化中的反硝化都是缺氧環(huán)境，這一點(diǎn)小伙伴要注意，厭氧氨氧化也是缺氧環(huán)境（亞硝酸鹽環(huán)境），只不過開始取名的時(shí)候不知道其原理，而導(dǎo)致的誤區(qū)！兩者缺氧環(huán)境中ORP（氧化還原電位）控制是不同的，因?yàn)橛刑荚吹囊蟮牟煌�，加上亞硝酸鹽的氧化和還原性的兩面性，短程硝化反硝化的反硝化池ORP控制比厭氧氨氧化低很多，這是兩者缺氧環(huán)境的不同。
一 短程硝化反硝化
生物脫氮包括硝化和反硝化兩個(gè)反應(yīng)過程，*步是由亞硝化菌將NH4+-N氧化為NO2--N的亞硝化過程；第二步是由硝化菌將NO2--N氧化為氧化為NO3--N的過程；然后通過反硝化作用將產(chǎn)生的NO3—N經(jīng)由NO2--N轉(zhuǎn)化為N2，NO2--N是硝化和反硝化過程的中間產(chǎn)物。1975年Voets等在處理高濃度氨氮廢水的研究中，發(fā)現(xiàn)了硝化過程中NO2--N積累的現(xiàn)象，*次提出了短程硝化反硝化脫氮的概念。如下圖所示。
比較兩種途徑，很明顯，短程硝化反硝化比全程硝化反硝化減少了NO2-、NO3-和NO3- 、NO2-兩步反應(yīng)，這使得短程硝化反硝化生物脫氮具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、可節(jié)約供氧量25%。節(jié)省了NO2-氧化為NO3-的好氧量。
2、在反硝化階段可以節(jié)省碳源40%。在C/N比一定的情況下提高了TN的去除率。并可以節(jié)省投堿量。
3、由于亞硝化菌世代周期比硝化菌短，控制在亞硝化階段可以提高硝化反應(yīng)速度和微生物的濃度，縮短硝化反應(yīng)的時(shí)間，而由于水力停留時(shí)間比較短，可以減少反應(yīng)器的容積，節(jié)省基建投資，一般情況下可以使反應(yīng)器的容積減少30%~40%。
4、短程硝化反硝化反應(yīng)過程在硝化過程中可以減少產(chǎn)泥25%~34%，在反硝化過程中可以減少產(chǎn)泥約50%。 由于以上的優(yōu)點(diǎn)，使得短程硝化-反硝化反應(yīng)尤其適應(yīng)于低C/N比的廢水，即高氨氮低COD，既節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用又可以節(jié)省補(bǔ)充的碳源的費(fèi)用，所以該工藝在煤化工廢水方面非常可行。
二 厭氧氨氧化
本文說的厭氧氨氧化是目前的主流的應(yīng)用的工藝流程（彭永臻院士的短程反硝化暫時(shí)不介紹）。Anammox是在無氧條件下，以氨為電子供體、亞硝酸為電子受體，產(chǎn)生氮?dú)夂拖跛岬纳锓磻?yīng)。Anammox包括兩個(gè)過程：一是分解（產(chǎn)能）代謝，即以氨為電子供體，亞硝酸鹽為電子受體，兩者以1:1的比例反應(yīng)生成氮?dú)�，并把產(chǎn)生的能量以ATP的形式儲(chǔ)存起來；二是合成代謝，即以亞硝酸鹽為電子受體提供還原力，利用碳源二氧化碳以及分解代謝產(chǎn)生的ATP合成細(xì)胞物質(zhì)，并在這一過程中產(chǎn)生硝酸鹽。厭氧氨氧化菌 (Anaerobic ammonia oxidation bacteria, AnAOB) 是厭氧氨氧化的實(shí)施者。
厭氧氨氧化的發(fā)生進(jìn)程主要分為兩大步：“*個(gè)過程是部分亞硝化(Partial Nitritation)，在這個(gè)過程中只有大約55%的氨氮需要轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮;第二個(gè)過程是厭氧氨氧化(Anammox)，氨氮在厭氧條件下，被亞硝酸氮作為電子受體，氧化成氮?dú)�。因此它也被稱作PN/A工藝。
在這過程中，大約89%的無機(jī)氮都將被轉(zhuǎn)化產(chǎn)生氮?dú)猓硗?1%的無機(jī)氮被轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，與傳統(tǒng)硝化反硝化工藝相比，厭氧氨氧化工藝有著巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其曝氣能耗只有傳統(tǒng)工藝的55-60%;該工藝幾乎無需碳源，如果為了去除硝酸鹽產(chǎn)物需要在厭氧氨氧化過程中投加碳源，其投加量也比傳統(tǒng)工藝中碳源投加量降低90%;厭氧氨氧化工藝可以減少45%堿度消耗量。同時(shí)，厭氧氨氧化工藝的污泥產(chǎn)量也遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)脫氮工藝，這將顯著降低剩余污泥的處理和處置成本。
三 短程硝化反硝化與厭氧氨氧化的異同點(diǎn)
1、影響因素的共同點(diǎn)
短程硝化反硝化與厭氧氨氧化的共同點(diǎn)就是短程硝化，所以短程硝化的影響因素是兩者相同的地方。
1.1、溫度的影響 溫度對(duì)微生物影響很大。亞硝酸菌和硝酸菌的*適宜溫度不相同，可以通過調(diào)節(jié)溫度抑制硝酸菌的生長而不抑制亞硝酸菌的方法，來實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化過程。國內(nèi)的高大文研究表明：只有當(dāng)反應(yīng)器溫度超過28℃時(shí)，短程硝化反硝化過程才能較穩(wěn)定地進(jìn)行。
1.2、pH值的影響 pH較低時(shí)，水中較多的是氨離子和亞硝酸，這有利于硝化過程的進(jìn)行，此時(shí)無亞硝酸鹽的積累；而當(dāng)pH較高時(shí)，可以積累亞硝酸鹽。因此合適的pH環(huán)境有利于亞硝化菌的生長。pH對(duì)游離氨濃度也產(chǎn)生影響，進(jìn)而也會(huì)影響亞硝酸菌的活性，研究表明：亞硝化菌的適宜pH值在8.0附近，硝化菌的pH值在7.0附近。因此，實(shí)現(xiàn)亞硝化菌的積累的pH值*好在8.0左右。
1.3、溶解氧（DO）的影響DO對(duì)控制亞硝酸鹽的積累起著至關(guān)重要的作用。亞硝化反應(yīng)和硝化反應(yīng)均是好氧過程，而亞硝酸菌和硝酸菌又存在動(dòng)力學(xué)特征的差異：低DO條件下亞硝酸菌對(duì)DO的親和力比硝酸菌強(qiáng)。可以通過控制DO使硝化過程只進(jìn)行到氨氮氧化為亞硝態(tài)氮階段，從而淘汰硝酸菌，達(dá)到短程硝化的目的。
1.4、泥齡的影響氨氮的硝化速率比亞硝態(tài)氮的氧化速率快，而亞硝酸菌的世代周期比硝化菌的世代周期短，因此可以通過控制HRT使泥齡在亞硝酸菌和硝酸菌的*小停留時(shí)間之間，使亞硝酸菌成為優(yōu)勢(shì)菌種，逐步淘汰硝酸菌。
2、影響因素的不同點(diǎn)
污水中含有的COD 有助于異養(yǎng)反硝化菌的生長并對(duì)Anammox 過程形成抑制，只有當(dāng)COD 被前者消耗至較低水平時(shí)Anammox 過程才有可能占主導(dǎo)。這一問題在高強(qiáng)度城市污水的處理中尤為突出。Winkler等通過研究指出，在25℃環(huán)境下，如果原水的C/N ＜0.5，則Anammox 與異養(yǎng)反硝化過程可以和諧共存，不會(huì)導(dǎo)致脫氮效果下降。而反硝化必須有碳源的存在，并且需要控制CN比2-4（短程硝化反硝化），所以，碳源對(duì)于這兩來說是*大的不同點(diǎn)！
3、環(huán)境的異同點(diǎn)
厭氧氨氧化與短程硝化反硝化中的反硝化都是缺氧環(huán)境，這一點(diǎn)小伙伴要注意，厭氧氨氧化也是缺氧環(huán)境（亞硝酸鹽環(huán)境），只不過開始取名的時(shí)候不知道其原理，而導(dǎo)致的誤區(qū)！兩者缺氧環(huán)境中ORP（氧化還原電位）控制是不同的，因?yàn)橛刑荚吹囊蟮牟煌�，加上亞硝酸鹽的氧化和還原性的兩面性，短程硝化反硝化的反硝化池ORP控制比厭氧氨氧化低很多，這是兩者缺氧環(huán)境的不同。
