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厭氧氨氧化反應原理(厭氧氨氧化是什么意思)

厭氧氨氧化反應原理(厭氧氨氧化是厭氧應原氧氨氧化什么意思) 標簽:     添加時間:2022-10-14 瀏覽次數:1645

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厭氧氨氧化反應原理(厭氧氨氧化是什么意思)


厭氧氨氧化反應原理(厭氧氨氧化是什么意思)


  厭氧氨氧化的工藝原理其實蠻簡單的,得從傳統的氨氧硝化與反硝化說起。

  我們知道,化反在活性污泥法中,理厭生物脫氮包括硝化與反硝化兩個過程。什意思

  首先是厭氧應原氧氨氧化硝化,它包括前后兩段,氨氧前段是化反在好氧環境下,由AOB(Ammonium Oxidizing Bacteria,氨氧化菌)將污水中的理厭氨氮(NH3/NH4+)氧化為亞硝態氮(NO2-,含2個氧原子氧化了一半的什意思中間環節,所以叫“亞”硝態氮),厭氧應原氧氨氧化后段也是氨氧在好氧環境下,由NOB(Nitrite Oxidizing Bacteria,化反亞硝酸鹽氧化菌)將亞硝態氮氧化為硝態氮(NO3-,理厭含3個氧原子全氧化態),什意思這個過程叫硝化,也就是全程硝化。

  接著是反硝化,即在缺氧環境下,由DNF(Denitrifier,反硝化菌)將硝態氮(NO3-)還原為氮氣(N2)釋放到空氣中。污水中含有的氨氮就這么去除了。

  硝化過程需要消耗氧氣,而反硝化過程主要是由異養菌在起作用(需從有機化合物中獲取碳源的叫異養菌;可從無機化合物,比如CO2中獲取碳源的叫自養菌),因而需要曝氣,會產生大量能耗,并且需要消耗大量有機碳源,反應過程中還會釋放N2O和CO2等溫室氣體,不符合我們追求綠色低碳的目標。

  后來,人們在研究中發現,亞硝態氧(NO2-)可以直接還原。AOB和NOB在動力學特性上存在固有差異,如果抑制NOB的生長,控制硝化反應只進行到NO2-階段,造成大量的亞硝態氮的累積,就直接進行反硝化反應,也能將污水中的氨氮變成氮氣去除掉。

  這種情況下,硝化反應只進行了一半,路沒有走完,所以叫短程硝化反應。

  接著,人們又發現,所有污水廠都存在一種紅色的厭氧氨氧化菌(Anaerobic ammonia oxidation bacteria,AnAOB),如果將污水中的一部分氨氮(57%)氧化為亞硝態氮,同時將AnAOB富集,在嚴格厭氧的環境下,亞硝態氮在AnAOB的作用下,可以直接與污水中剩余的氨氮反應,產生N2,使污水中的氨氮去除掉。

  我們分別取厭氧氨氧化英文單詞(Anaerobic ammonia oxidation)的前幾個字母,組合就誕生了Anammox。

  這種反應形式特別簡潔明快。

  一般情況下,1摩爾(mol)氨氮需與1.32摩爾(mol)亞硝態氮反應,即1份氨氮需消耗1.32份亞硝態氮,所以最佳配比是將57%的氨氮先氧化為亞硝態氮(57%*0.985/43%=1.31,氨氮與亞硝態氮的轉化率為0.985)。但在實際情況中,我們很難實現這個理想配比,如果能做到將一半的氨氮氧化為亞硝態氮,使Anammox反應中,氨氮和亞硝態氮達到1:1的比例,就已經相當不錯了。

  由于只是部分亞硝化,所以也叫“部分亞硝化反應”,或“半短程硝化反應”。

  看起來,三者的區別明顯又簡單,走完的叫全程,走一半的叫短程(或亞硝化),一半走一半叫半短程(部分亞硝化)。

  我們看一下三者的簡要化學式。

  全程硝化與反硝化:

  NH4++2O2=>NO3-+H2O+2H+

  6NO3-+5CH4O+CO2=>3N2+6HCO3-+7H2O

  短程硝化與反硝化:

  NH4++1.5O2=>NO2-+H2O+2H+

  6NO2-+3CH4O+3CO2=>3N2+6HCO3-+3H2O

  半短程硝化與厭氧氨氧化:

  NH4++1.5O2=>NO2-+H2O+2H+

  NH4++1.32NO2-=>N2+2H2O

  從上面化學式可見,全程硝化中,氧化一份氨氮需2份氧氣;而短程硝化中,氧化一份氨氮只需1.5份氧氣,所以短程硝化可節約25%的曝氣量(0.5/2),即能耗。

  全程反硝化中,還原6份NO3-需要5份有機碳源,而短程硝化中,還原6份NO2-只需要3份有機碳源,因此,短程反硝化可節約40%的有機碳源。

  而在半短程硝化與厭氧氨氧化中,只需將57%的氨氮氧化為亞硝態氮,再與剩余43%的氨氮進行厭氧氨氧化反應,過程中幾乎無需有機碳源,因此,半短程硝化與厭氧氨氧化反應可節約接近60%的曝氣量(即能耗,計算式為:1-57%×(1-25%)),且無需消耗有機碳源。

  另外,由于AOB和AnAOB都是自養菌,自養菌起作用則污泥產量也遠低于傳統脫氮工藝,可顯著降低剩余污泥的處理和處置成本。




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