荷蘭Paques公司和代爾夫特理工大學(TUDelft)于1998年首次發(fā)展了厭氧氨氧化反應器，并在隨后的十余年中，在全球針對不同的污水水質(zhì)，完成了20多個厭氧氨氧化項目。MaximeRemy,TimHendrickx和RidHaarhuis總結(jié)了厭氧氨氧化最新的發(fā)展和他們多年的運行經(jīng)驗。

全球?qū)脜捬跸夹g處理污泥、有機固廢和工業(yè)污水的興趣正日趨增強，厭氧消化不僅能夠處理污水污泥而且能夠產(chǎn)生可利用的生物沼氣。而經(jīng)過厭氧消化后的消化液中含有很高濃度的氨氮。針對該部分高濃度的氨氮單獨去除的厭氧氨氧化技術，可以節(jié)省能耗并且工藝緊湊占地小。在過去的十余年中，荷蘭Paques公司針對不同的污水種類，設計并建造了擁有專利技術的厭氧氨氧化反應器。

厭氧氨氧化工藝的適用性

厭氧氨氧化技術尤其適合處理厭氧產(chǎn)甲烷工藝的出水，這種出水通常都含有很高濃度的氨氮，這些氨氮是由含氮有機物在厭氧過程中被降解而產(chǎn)生。這種出水中往往只有相對較低的BOD，因為大部分的有機質(zhì)已經(jīng)被轉(zhuǎn)化為生物沼氣。如果沒有額外碳源投加(甲醇)以及大量曝氣，這種高氨氮低有機物的水質(zhì)很難用傳統(tǒng)的脫氮工藝(如圖1)實現(xiàn)氨氮的高效去除。

厭氧氨氧化工藝的進水可以是市政污水也可以是工業(yè)污水。在市政污水領域，厭氧氨氧化反應器往往以側(cè)流的方式，安裝在污泥消化或污泥脫水之后。經(jīng)過厭氧氨氧化工藝脫氮后的出水再回到主流程，從而降低主流工藝的氨氮負荷。在工業(yè)污水領域，厭氧氨氧化通常直接應用在厭氧反應器(如UASB)之后，已經(jīng)被應用在食品，半導體等眾多工業(yè)領域的污水處理中。

同傳統(tǒng)的脫氮工藝相比，厭氧氨氧化有諸多優(yōu)勢：

曝氣將降低60%

污泥產(chǎn)率降低90%

結(jié)構(gòu)緊湊但適應高達2KgN/m3.d的高氨氮負荷

無需額外碳源。保留的碳源可盡可能的轉(zhuǎn)化為生物沼氣;無需額外甲醇投加。

截止2015年1月，已經(jīng)有25個厭氧氨氧化項目在建設或運行，每日處理的氨氮已經(jīng)超過75噸。表1中列出了相關項目的信息。

厭氧氨氧化工藝的啟動

在圖2中的數(shù)據(jù)是利用厭氧氨氧化工工藝，處理荷蘭一處污水在初期兩個半月時間里的啟動情況。該污水處理廠主要是來自牲畜屠宰場的污水，工藝共分三個系列，每個系列設計處理量為每天2000Kg的NH4-N，如圖3所示。上游工藝是高效厭氧反應器(BIOPAQIC)和用于去除BOD和硫化物預曝氣池。厭氧消化液和組合工藝處理的出水混合后進入MBR反應器，得到進一步處理。厭氧氨氧化的目的是降低MBR反應器的氨氮負荷。由于項目設計占地空間的限制，厭氧氨氧化的優(yōu)勢得到體現(xiàn)。厭氧氨氧化啟動時利用了從荷蘭Olburgen運來了顆粒污泥接種。

然而，最早期的厭氧氨氧化反應器啟動時間往往需要長達6個月的時間。如今，借助大量現(xiàn)有的厭氧氨氧化廠的顆粒污泥接種，新建反應器的啟動時間大大縮短。大約在一個星期的時間里，氨氮的去除能力就可達90%，隨后可逐步提到進水的氨氮濃度。在污水廠啟動時，一開始只是接種了其中的一個系統(tǒng)，當該系列的顆粒污泥穩(wěn)定后，再被用于接種其余兩個系列。穩(wěn)定運行后，最終的氨氮去除率高達95%以上。

厭氧氨氧化反應器長期的運行效果

荷蘭Olburgen厭氧氨氧化工藝自2006年開始運行，圖4展示了該廠運行8年半的情況。Olburgen廠處理的進水是來自市政污水和馬鈴薯食品工業(yè)經(jīng)UASB預處理的出水的混合液。該廠位于當?shù)厥姓鬯畯S內(nèi)，并由Waterstromen公司運營。在厭氧氨氧化工藝之后，是PaquesPhospaq磷回收工藝，在此氧化鎂投加后形成鳥糞石(MgNH4PO4.6H2O)以回收污水中的磷。該廠設計每天處理1200Kg的NH4-N。如圖5

即使伴隨著每天以及季節(jié)性的來水氨氮負荷變化，該廠也均能穩(wěn)定達到90%的氨氮去除率。在過去的5年中，平均的氨氮去除率達到92%，出水濃度平均約28mg/L。最近一次出水氨氮最高值出現(xiàn)在2012年6月，但這是由于誤操作導致反應器中80%的污泥被沖出，而反應器隨后在沒有外加接種污泥的情況下迅速恢復。目前，經(jīng)過修正后的設計和運行經(jīng)驗已經(jīng)成為Paques公司設計厭氧氨氧化工藝的標準。

Olburgen廠是第一個采用一段厭氧氨氧化工藝(亞硝化和厭氧氨氧化在同一反應器中進行)的處理廠。世界上第一個生產(chǎn)規(guī)模的厭氧氨氧化處理廠是在荷蘭鹿特丹，但采用的是兩段分布工藝(亞硝化和厭氧氨氧化在不同反應器中進行)。因此Olburgen廠的工藝比鹿特丹處理工藝又往前邁了一大步。自Olburgen廠2006年運行以來，后續(xù)設計的厭氧氨氧化工藝均采用了一段法。

額外的一些經(jīng)驗總結(jié)

雖然厭氧氨氧化已經(jīng)被證明了是可靠的技術，但是Paques公司還是在該工藝啟動初期的經(jīng)驗的基礎上，總結(jié)了該工藝的瓶頸以及潛在的應對方案。厭氧氨氧化菌較低的生物增值率(倍增時間為12天)導致在第一個項目啟動時間長達6個月。隨著全球厭氧氨氧化工藝在不同污水種類應用項目的逐漸增多，接種污泥的獲取越來越容易，因此，后續(xù)項目啟動的時間往往小于1個月。

由于反應器設計上采用了內(nèi)部滯留區(qū)，顆粒厭氧氨氧化污泥可以被很好的保留住。因此反應器可以在很高的進水懸浮顆粒濃度條件下運行。然而，在懸浮顆粒濃度極高的情況下(大于10g/L)時，流體的粘度增加，將影響相對較小的顆粒污泥的反應器中的保留，進而影響厭氧氨氧化污泥的增長效率。當進水總的磷濃度很高時，在不可控的情況下形成鳥糞石將會給穩(wěn)定運行帶來麻煩。當氨氮負荷超過2KgN/m3.d時，優(yōu)化運行可以通過緊湊的設計來實現(xiàn)，最低溫度要求為30℃。

通過一些預處理，可以解決上述運行中的一些問題。如采用Phospaq工藝解決磷含量過高的問題;沉淀池可用于解決來水懸浮顆粒過高的問題;預曝氣用于解決進水中過高硫化物和揮發(fā)性脂肪酸的問題。謹慎運行預處理工藝和厭氧氨氧化工藝，可以有效規(guī)避聚合物毒性和亞硝酸累積帶來的問題。