隨著經濟的快速發展和人民生活水平的提升，城市固體廢物（MSW)的產生量持續增長，預計到2025年，全球城市固體廢物（MSW）年產生量將超過22億噸。通常采用處理該固廢方法包括填埋、堆肥、焚燒等。衛生填埋因其經濟優勢，在世界范圍內被廣泛應用。然而，填埋會導致垃圾滲透液的產出，垃圾滲濾液是一種成分復雜、污染物濃度高、毒性大的有機廢水，含有大量的無機離子、有機化合物和其他有毒元素，如重金屬和氨。因此，如果處理不當，垃圾滲濾液會嚴重污染環境。成熟的垃圾滲濾液中的有機化合物主要是不可生物降解的，其BOD/COD<0.3，廢水中的NH4+-N濃度非常高，一般為1000～3000mg·L-1，有時甚至高達5000mg·L-1。NH4+-N度高是成熟滲濾液的一個典型特征，它通常不會隨著垃圾填埋場的年齡而下降。
目前垃圾滲濾液氨氮去除方法可分為兩大類，即物理化學法(氣提、活性炭吸附、過濾、離子交換、沉淀）和生物法（好氧和厭氧處理）。物理化學處理對大多數污染物的去除相對穩定，尤其適用于去除難降解有機物，但是污泥處理、結垢問題、化學藥品使用量大，還會造成二次污染，使得物理化學處理成本高昂。生物處理因其運行成本較低被廣泛用于去除廢水中的有機物和氮。通常使用常規硝化和反硝化去除廢水中的氮需要高需氧量和大量添加有機碳，還會增加污泥產量，處理成本不經濟。此外，高濃度的NH4+-N對微生物活性有毒性作用，從而降低脫氮過程的效率和穩定性。與傳統的硝化和反硝化工藝相比，部分硝化-厭氧氨氧化工藝不需要添加外部碳源，減少剩余污泥產量（～90%)和降低能耗(～63%)，是一種具有巨大潛力系統的成本效益高的工藝。最近，越來越多的文獻已經認識到厭氧氨氧化工藝在滲濾液處理中的潛在價值。
1、厭氧氨氧化工藝介紹
厭氧氨氧化(anaerobicammoniaoxidation，Anammox)細菌在厭氧的條件下利用NH4+-N作為電子供體，NO2--N為電子受體生成N2，實現高效自養脫氮。Anammox工藝需要NO2--N/NH4+-N的摩爾比達到1.32，因此在Anammox工藝前需進行部分硝化。基于厭氧氨氧化和短程硝化是否在一個反應器內進行，厭氧氨氧化工藝主要有兩大類：一體式PN-ANAMMOX工藝和分體式PN-ANAMMOX工藝。
1.1 一體式PN-ANAMMOX
一體式PN-ANAMMOX工藝是將短程硝化和厭氧氨氧化兩個反應過程可以整合于一個反應器內進行。典型的一體式PN-ANAMMOX工藝主要有CANON、OLAND和SNAD等。張方齋等采用CANON工藝對北京六里屯垃圾填埋場的晚期垃圾滲濾液進行脫氮研究，采用一體式的CANON工藝，通過曝氣/缺氧攪拌循環交替的運行方式，成功的富集了AOB和AnAOB，進水COD、NH4+-N、TN質量濃度（mg·L-1）分別為（2050±250）、（1625±75）和（2005±352），出水COD、NH4+-N、TN質量濃度（mg·L-1）能達到（407±14）、（8±4）和（19±4），總氮去除率達到了98.76%。Zhang用SNAD工藝進行老齡垃圾滲濾液的脫氮處理，采用間歇曝氣的運行方式成功啟動SNAD工藝，氨氮和TN去除率都達到99%，COD去除率約為77%。
1.2 分體式PN-ANAMMOX工藝
分體式PN-ANAMMOX工藝是半短程硝化和厭氧氨氧化分別在兩個反應器中進行，第一個反應器實現半短程硝化，第二個反應器實現厭氧氨氧化。黃奕亮等采用短程硝化SBR+厭氧氨氧化ASBR組合工藝處理垃圾滲濾液，在常溫條件下實現垃圾滲濾液中的氨氮與總氮的同步去除，短程硝化NH4+-N去除負荷達到1.04kg·m3·d-1，NO2--N積累率達到96.7%，厭氧氨氧化總氮容積去除負荷達到0.325kg·m3·d-1，總氮去除率高達93%。陳小珍等采用反硝化-沸石曝氣生物濾池（ZBAF)部分亞硝化-厭氧氨氧化組合工藝處理老齡垃圾滲濾液，ZBAF可以實現高效部分亞硝化，平均亞硝氮積累率（NAR）為93.8%，亞硝氮產率（NPR）最高達1.659kg·m3·d-1，厭氧氨氧化平均NRR為1.060kg·m3·d-1，最高達1.268kg·m3·d-1。
1.3 兩者對比
體式PN-ANAMMOX工藝的優點：①結構緊湊，占地面積小且投資成本較低；②工藝流程簡單、運行管理方便；③亞硝沖擊負荷小；④厭氧過程產生的堿度還能被硝化細菌利用，一定程度上減少的堿度投加量。但一體式工藝運行要求更高，且啟動時間長，受干擾后恢復較為困難。分體式PN-ANAMMOX工藝優點：①兩反應器可單獨進行靈活和穩定的調控，能優化兩類細菌的生存環境，能避免NOB對ANAMMOX細菌的競爭，運行性能穩定；②系統受擾后恢復時間短；③短程硝化階段能削減某些毒物和有機物，避免其直接進入Anammox反應器，所以更適合處理含毒物和有機物的廢水。但是該系統較為復雜，投資成本高。因此，在通過基于厭氧氨氧化的工藝處理含有大量可生物降解有機物的垃圾滲濾液時，應首選兩級PN-厭氧氨氧化系統。然而，廢水成分的變化是垃圾滲濾液處理過程中工藝穩定性的挑戰。PN過程的不穩定性在于垃圾滲濾液的不同成分，這可能導致PN出水NO2--N/NH4+-N的比值超出最佳范圍。
2、影響因素
Anammox菌是嚴格厭氧自養的，倍增時間較慢(為11d)，一般難以對其進行富集培養，同時對pH值、溫度、溶解氧（DO)、有機物和重金屬的較敏感，一旦抑制就很難恢復。
2.1 pH值和溫度
厭氧氨氧化細菌的生理pH值為6.7~8.3，超過此范圍會使ANAMMOX反應停止9。pH決定了游離氨(FA)和游離亞硝酸(FNA)的濃度，并且FA已被證明是Anammox系統中的重要抑制劑。低pH值會導致低FA，這有利于Anammox細菌的活性。研究人員普遍認為Anammox菌的最佳生長溫度為30~40℃，低于15℃時，Anammox反應速率較低，大于40℃時，Anammox反應活性明顯降低。理論上，適當提高溫度能增強厭氧氨氧化菌的活性。在各種廢水脫氮處理中，大部分ANAMMOX工藝都采用高于30℃作為反應溫度。
2.2 DO
Anammox菌對氧氣很敏感，低氧濃度對厭氧氨氧化產生了可逆的抑制作用，暴露于高氧水平會導致不可逆的抑制。然而，厭氧氨氧化細菌在逐步培養中與需氧細菌（例如AOB）共存時可能會適應高DO濃度。當DO要求過低時，控制曝氣量比DO濃度更可靠，特別是在啟動過程中應對DO濃度更加謹慎，因為AOB的生長速度比Anammox菌快，它會導致NO2--N濃度升高使得Anammox菌受到抑制。因此，在ANAMMOX工藝中應根據實際運行情況對DO進行嚴格，以免氧對厭氧氨氧化過程產生抑制作用。
2.3 有機物
Anammox菌屬于自養菌，不需要有機碳，相反，有機物的存在可能導致Anammox和NOB菌之間的競爭。盡管有機物可能會對厭氧氨氧化產生不利影響，但低有機物濃度或合適的C/N比，尤其是可生物降解的有機物，可以在不抑制厭氧氨氧化細菌活性的情況下，使得厭氧氨氧化和反硝化共存，這可以提高脫氮效率。因此，控制合適的有機物濃度可以促進厭氧氨氧化和反硝化之間的協同作用對于提高脫氮性能具有重要意義。
2.4 重金屬
由于高濃度重金屬引起的微生物毒性，兩者難以生存。然而，低濃度重金屬是微生物必需的微量營養素。例如，Cu是參與厭氧氨氧化代謝的亞硝酸還原酶的重要成分，而Zn在Anammox菌的細胞合成中起著關鍵作用。然而，Li等證明過量微量元素對Anammox會毒害并抑制其活性。重金屬對厭氧氨氧化過程的影響也因各種因素而異，例如停留時間、pH、底物濃度、反應器類型和污泥濃度等（MLSS)。因此，在采用厭氧氨氧化工藝處理垃圾滲濾液時需要注意重金屬對Anammox菌的活性影響。
3、厭氧氨氧化在垃圾滲濾液中的工程案例
3.1 臺灣某垃圾滲濾液處理廠
該廠自2006年開始運行，處理工藝是曝氣一沉淀-反滲透-吹脫，處理平均流量為304m3·d-1。在兩個曝氣池內存在紅色顆粒，平均直徑為5mm，經FISH分析證實了含有厭氧氨氧化菌。曝氣池（15.6m×4.1m×3m）有效池容為384m3，水力停留時間為1.26d，污泥停留時間在12～18d，MLSS和MLVSS的質量濃度分別為2110和1505mg·L-1。采用微孔曝氣，DO質量濃度保持在約0.3mg·L-1，pH值約為7.4，這有利于ANAMMOX微生物和反硝化菌的共存。部分硝化和厭氧氨氧化的結合去除了曝氣池中約68%的TN。
3.2 CORSA垃圾填埋場
CORSA垃圾填埋場位于西班牙，接收量約為7500t城市固體廢物·月-1，該處理廠設計最大滲濾液處理量約20m3·d-1。2001年后對工藝進行升級，采用LEQUIA研發團隊的PANAMMOX?技術，經過小試和中試實驗后成功應用于垃圾滲濾液的處理，處理系統由兩個串聯運行的序批式反應器(SBR）組成，分別運行部分亞硝化（PN)和厭氧氨氧化（A），配備了用于在線監測pH、DO、ORP、溫度和水位的儀表，并在生物處理之后，使用物理化學氧化（即基于Fenton的工藝）去除剩余的不可生物降解的有機物。在預處理反應器中，對ALK/TAN摩爾比通過碳酸氫鈉或者硫酸進行調整。PN-SBR體積為27m3，A-SBR體積為40m3，反應溫度在20～35℃范圍。在PN-SBR中，DO質量濃度范圍為1.5～3.5mg·L-1，pH值的設定范圍為6～8。經過15年的脫氮監測，該工廠一直在16.8~34.7℃的溫度范圍內連續穩定運行，沒有發生任何嚴重故障，最大日脫氮效率為98.3%，脫氮能力為1.1kg-N·m-3·d-1，COD去除效率在90%以上。對該處理廠前后技術進行了成本分析比較，發現通過將傳統的硝化反硝化活性污泥工藝升級為使用活性污泥-活性炭組合的厭氧氨氧化工藝，硝化的曝氣量從1000m3·h-1減少到200m3·h-1，處理每噸水的能耗下降了1.675kW·h·m-3，每年節能435500kW·h，能耗降低多達87%。平均有機碳消耗量減少了91%，而平均剩余污泥產量減少了97%，每年總成本下降了230000多歐元。
3.3 湖北十堰西部垃圾填埋場
十堰市垃圾滲濾液處理廠設計日處理滲濾液為150m3，采用北京排水集團自主研發的芮諾卡“紅菌”（即厭氧氨氧化）脫氮專利技術，經兩級UASB厭氧污泥床、ANAMMOX脫氮、MBR/RO膜過濾聯合處理工藝處理后出水COD出水控制在100mg·L-1，TN出水控制在40mg·L-1，氨氮出水控制在25mg·L-1，達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889-2008)。與傳統工藝比較，用“紅菌”脫氮技術處理垃圾滲濾液具有減少污泥產量50%以上等優勢。
4、結論
垃圾滲濾液的排放標準越來越嚴格，節能降耗的需求與日俱增，PN-ANAMMOX工藝與傳統的硝化和反硝化工藝相比，具有不需要添加外部碳源，減少剩余污泥產量（～90%）和降低能耗（~63%)的優勢，更適用于處理低碳氮比的滲濾液。隨著技術研究的進一步深入發展，工程化的應用將逐漸成熟。（來源：天津凱英科技發展股份有限公司，天津創業環保集團股份有限公司）
