我国是稀土储贮及生产大国，在稀土的开采过程及开采后，往往会产生一种主要成分是无机氨氮的矿山废水。该废水的氨氮浓度不高，只有100 mg/L左右，但水量很大。这些山间的矿区，不少是水源的上游，容易引起水源的氨氮污染。

若采用常规的硝化反硝化，硝化段要投加大量的碱度，将废水中的氨氮转化为硝酸根，然后再投加大量的碳源，通过厌氧反硝化，将硝酸根转化为氮气而脱除。此工艺硝化时曝气不仅需要消耗大量的电源，反硝化还需要投加大量的碳源，处理水量也比较大，给当地政府带来较重的财政负担。

在各种脱氮的工艺中，生化法是比较便宜的脱氮技术。而最节能低碳的生物脱氮工艺是厌氧氨氧化，如果矿山废水采用此新工艺，电耗费用能从0.5元降到0.3元，碱度的成本也能从1元降到0.5元。这种低碳节能的处理工艺有非常好的应用前景。

对于低浓度氨氮的厌氧氨氧化处理，目前世界上成功工业化运行的实例很少，其中最困难的工艺步骤就是低浓度氨氮的稳定亚硝化。为了解决此难题，我们团队在实验室尝试了不少方法。

两年前，我们发现50mg/L的氨氮也能稳定亚硝化，且反复验证，证明它的可靠性。其间，我们团队在国内外学术期刊上发表了20多篇论文，申请的10多项发明专利中已有4项获得授权。

今年，我们团队申请了国家自然科学基金，希望开展需求牵引型的应用基础研究，探寻低浓度氨氮的稳定亚硝化机理，从而解决这个世界难题。

我们多次从广州前往稀土矿的重点地区江西赣州，都无功而返，因为矿山稀土氨氮废水处理的招标工作已全部结束。但只要有点希望，我们都尽量争取。

转机看似偶然，实则必然。赣州当地最大的一家环保公司负责人是我大学（合肥工业大学）的校友。他邀请我去看一看他们的稀土氨氮废水处理设施，这正是我一直寻找的将开发技术实际应用的机会。

在校友的矿山稀土废水处理现场，我看到了三处现场中试装置。

一处是国内某大学提供的一套MBBR（移动床生物膜反应器）的装置，从原理上看这套装置仍是硝化—反硝化的工艺，只不过添加了填料、膜分离，从而可以减少占地，提高一些处理效率，但并不具有大规模节省碳源节省能耗的低碳节能的效果，且装置已处于停止运行状态。另一处是一个集装箱式的中试装置，上面写着部分亚硝化—厌氧氨氧化脱氮装置，研发单位是国内一家知名公司的安全环保技术研究院。从技术原理上看他们的思路与我们大致相似，也想通过厌氧氨氧化这一低碳节能的新工艺来解决氨氮污染问题。由于这套装置不让参观，我立即问陪同参观的废水处理厂经理，获知这套中试装置已在这里做了近两年的试验，好像还没有取得最终令人满意的结果。最后一处是一个不锈钢反应桶装置，反应装置外没有任何文字和图形说明。

如果稀土矿山低浓度的氨氮废水采用厌氧氨氧化的技术，一吨水能省2元左右的实际运行硬成本，对于日处理几万吨的大型废水处理设施来讲，还是很有吸引力的。因此，校友同意并支持我们在现场也做一套工业化验证系统，每天日处理200吨。该工业化验证系统成功运行后，它的运行成本、处理效果，以及工艺的可靠性、运行的稳定性都可得到全面的考核和验证，为日后万吨级、数万吨级的大规模工程化打下坚实的基础。

这低浓度氨氮的厌氧氨氧化工程化验证项目特别值得重视。我们集中力量完成了纺织行业液氨丝光废水的高浓度氨氮厌氧氨氧化处理工程，且在进水氨氮浓度在1000～6000 mg/L的浓度范围，该处理设施在不投加碳源的条件下，可以成功地将氨氮脱除95%以上。工程上使用了自动控制系统，能根据废水的浓度对处理系统自动调整，且具有可远程通过手机监控系统的运行状态等不少可圈可点的地方，但从技术上来讲，欧洲在20年前就完成了类似的高浓度氨氮废水的厌氧氨氧化工程化应用。

我们团队虽然也改造了两套垃圾渗滤液的生化系统，使用厌氧氨氧化技术大幅降低垃圾渗滤液生化脱氮的处理成本，但这方法在欧洲已得到大规模工程化应用。学生告诉我，北欧的不少垃圾渗滤液处理，就是采用厌氧氨氧化脱氮，所以我们也没有什么值得骄傲的地方。

值得一提的是，这低浓度氨氮的稀土采矿废水则不同，它的处理方法是基于我们首次发现的低浓度氨氮的稳定亚硝化。从已发表的关于低浓度氨氮的厌氧氨氧化的研究报告来看，大多是中试或工程失败的原因分析，其核心的问题仍是无法稳定亚硝化，即形成的亚硝酸根很容易氧化为硝酸根，而让系统无法长期稳定运行。

若我们建设的工程验证化项目，能将这低浓度氨氮废水通过低碳节能的方式稳定处理运行，则理论上不仅是我们最先发现，工程应用上我们也是在世界上首次得到大规模工程化应用，其意义是重大的。

国家自然科学基金结果公布在即，我当然想着“双喜临门”，既拿到“国基”，工程化验证项目又能达到预期的处理效果。若只能有一喜，我更希望工程化验证项目获得成功，因为工程化验证项目是新技术能不能真正推广应用的关键，其成果将为低浓度无机氨氮废水处理领域的碳达峰和碳中和作出贡献。

来源：《中国科学报》