近年來，中國科學院生態環境研究中心水污染控制實驗室膜技術研究與應用組通過與河北安平弘嘉環保公司合作，在厭氧氨氧化技術處理生豬養殖廢水工程應用方面取得新進展，主要包括采用部分亞硝化-厭氧氨氧化組合工藝（Combined Partial Nitrification and Anammox, CPNA）在工程規模上成功實現了厭氧氨氧化活性污泥的富集與培養；針對生豬養殖廢水的高COD、高氨氮濃度特點及其處理需求，創新地提出混合生物脫氮概念（Combined Nitrogen Biological Removal，CNBR），據此在工程規模開展了以厭氧氨氧化為主的混合生物脫氮試驗研究，廢水處理成效顯著。相關研究成果近期以研究論文陸續發表于Bioresource Technology 雜志（Chen, et al. 2021, 403, 124906；Zuo, et al. 2020, 88, 326-337）。

　　針對豬場厭氧消化液污染物濃度高、碳氮比低的水質特點和傳統生物脫氮工藝處理難的現狀，研究組與河北安平弘嘉環保公司在河北京安生豬養殖廢水處理廠（日均處理規模1230m3）開展了長期系統的試驗研究，解析了污水廠現有工藝中各區的水質、脫氮效率和功能微生物等變化特征，明確了應用厭氧氨氧化工藝改造的可行性。根據混合生物脫氮（CNBR）的原理，結合A²/O工藝特點，研究團隊創新性地提出基于回流硝酸鹽的碳源投加耦合曝氣調控策略，實現了污水生物脫氮方式從傳統硝化反硝化為主轉向以厭氧氨氧化為主。該污水處理廠經過調試后，第二階段進水COD、NH₄⁺-N、TN平均濃度分別為1074 ± 365, 373 ± 63和 454 ± 77 mg/L時，出水COD、NH₄⁺-N、TN平均濃度194 ± 38, 30 ± 19和75 ± 32 mg/L，出水COD、NH₄⁺-N濃度滿足《畜禽養殖業污染物排放標準GB18596-2001》排放要求（COD400mg/L、NH₄⁺-N 80mg/L，沒有TN排放限值要求），其中總氮平均去除率從第一階段的65.5%提升至第二階段的83.5%，厭氧氨氧化的脫氮貢獻率從第一階段的39%增加到第二階段的77%，厭氧氨氧化菌CandidatusBrocadia平均相對豐度由第一階段的0.76%增加到第二階段的2.43%，廢水處理能耗從1.93 kW h/m3降至0.9 kW h/m3，實現了外加碳源零投加，大幅度降低了豬場厭氧消化液處理成本。

　　在此同時，研究團隊對現場水解酸化池（有效容積116.6m3）進行改造，以CPNA工藝為對象，提出以溶解氧與亞硝酸鹽協同調控策略實施厭氧氨氧化菌的富集培養。研究結果表明，亞硝酸鹽調控策略有效解決了短程硝化向厭氧氨氧化轉化過程中低溶解氧控制與亞硝酸鹽穩定供給難以兼容的問題，并在77天內成功實現了工程規模厭氧氨氧化活性污泥的原位富集，厭氧氨氧化菌Candidatus Brocadia的濃度從初始的4.42E+04 Copies/mL增加到第77天的1.77E+07 Copies/mL，相對豐度從初始的1.08%提升到2.49%。

　　以上研究工作得到了國家重點研發計劃（2016YFD0501405）、江西省重點研發計劃（20171ACG70018）等項目支持，2名博士生陳彥霖和左富民分別為這兩篇論文的第一作者，通訊作者是魏源送研究員。

圖1. A²/O系統處理豬場厭氧消化液的COD、NH4+-N、TN濃度和碳源外加量變化

圖2. A²/O系統各區脫氮比例與廢水處理能耗

圖3. CPNA工藝富集培養厭氧氨氧化活性污泥的微生物群落結構

水污染控制實驗室

 2021年3月1日