厭氧氨氧化的原理

厭氧氨氧化的工藝原理其實蠻簡單的，得從傳統的硝化與反硝化說起。

国产999精品久久久久久一级毛片知道，在活性汙泥法中，生物脫氮包括硝化與反硝化兩個過程。

首先是硝化，它包括前後兩段，前段是在好氧環境下，由AOB（Ammonium Oxidizing Bacteria, 氨氧化菌）將汙水中的氨氮（NH3/NH4+）氧化為亞硝態氮（NO2-，含2個氧原子氧化了一半的中間環節，所以叫“亞”硝態氮），後段也是在好氧環境下，由NOB（Nitrite Oxidizing Bacteria，亞硝酸鹽氧化菌）將亞硝態氮氧化為硝態氮（NO3-，含3個氧原子全氧化態），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。汙水中含有的氨氮就這麽去除了。

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，並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，不符合国产999精品久久久久久一级毛片追求綠色低碳的目標。

後來，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，如果抑製NOB的生長，控製硝化反應隻進行到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，也能將汙水中的氨氮變成氮氣去除掉。

這種情況下，硝化反應隻進行了一半，路沒有走完，所以叫短程硝化反應。

接著，人們又發現，所有汙水廠都存在一種紅色的厭氧氨氧化菌 （Anaerobic ammonia oxidation bacteria, AnAOB），如果將汙水中的一部分氨氮（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，可以直接與汙水中剩餘的氨氮反應，產生N2，使汙水中的氨氮去除掉。

国产999精品久久久久久一级毛片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Z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，国产999精品久久久久久一级毛片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。

由於隻是部分亞硝化，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）。

国产999精品久久久久久一级毛片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

從上麵化學式可見，全程硝化中，氧化一份氨氮需2份氧氣；而短程硝化中，氧化一份氨氮隻需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-隻需要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，隻需將57%的氨氮氧化為亞硝態氮，再與剩餘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，由於AOB和AnAOB都是自養菌，自養菌起作用則汙泥產量也遠低於傳統脫氮工藝，可顯著降低剩餘汙泥的處理和處置成本。

三者的反應過程與原理可參考下圖：

到藍色箭頭為止的是全程硝化與反硝化；到桔色箭頭為止的是短程硝化與反硝化；黑色箭頭部分則是厭氧氨氧化。