摘 要：敘述了厭氧氨(an)氧化的(de)(de)(de)工藝(yi)原理(li)、工藝(yi)形式(shi)和(he)(he)主(zhu)要(yao)功能微生物的(de)(de)(de)特征等研究(jiu)進展，總(zong)結了溫度、基質濃度和(he)(he)pH、DO 含量、有機物、金屬離子等對厭氧氨(an)氧化過(guo)程(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)影響，介紹(shao)了厭氧氨(an)氧化工藝(yi)在(zai)污水處理(li)測流(liu)和(he)(he)主(zhu)流(liu)實(shi)際工程(cheng)(cheng)中的(de)(de)(de)應(ying)用實(shi)例，闡明了工藝(yi)的(de)(de)(de)處理(li)效能和(he)(he)運行(xing)參數等，分析了在(zai)實(shi)際應(ying)用中存在(zai)的(de)(de)(de)問題(ti)。認為實(shi)現(xian)工藝(yi)的(de)(de)(de)快速啟(qi)動，有效抑制有毒(du)(du)物質對厭氧氨(an)氧化菌的(de)(de)(de)毒(du)(du)害，提高工藝(yi)系統運行(xing)的(de)(de)(de)穩定(ding)性是(shi)厭氧氨(an)氧化在(zai)實(shi)際應(ying)用中的(de)(de)(de)關鍵，也是(shi)需(xu)要(yao)進一步(bu)探索和(he)(he)研究(jiu)的(de)(de)(de)內(nei)容。

關鍵詞：厭氧氨氧化；短程(cheng)脫(tuo)氮；工程(cheng)應用；污(wu)水處理

0 引言

厭(yan)氧氨(an)氧化(hua)反應（Anammox）是在缺氧條件(jian)下由厭(yan)氧氨(an)氧化(hua)菌利用(yong)(yong)亞(ya)硝酸鹽為(wei)電子受(shou)體，將氨(an)氮轉化(hua)為(wei)氮氣的生(sheng)物(wu)反應過程。與傳(chuan)統的硝化(hua)反硝化(hua)過程相比，厭(yan)氧氨(an)氧化(hua)工藝無需外源有機(ji)物(wu)，供(gong)氧能耗、污(wu)泥(ni)產生(sheng)量(liang)和 CO2 排放(fang)量(liang)大(da)為(wei)減少(shao)，降低了運(yun)行費用(yong)(yong)，并具有可持(chi)續發展意義。本文對(dui)厭(yan)氧氨(an)氧化(hua)的工藝原(yuan)理、工藝形式、影響(xiang)因素和應用(yong)(yong)情況(kuang)進行總結與討論。

1 工藝原理

BRODA 根據熱力學計算(suan)，在 20 世紀 70 年代提出了厭氧(yang)氨(an)(an)氧(yang)化的(de)存在，認為它是(shi)自然氮(dan)循(xun)環中(zhong)的(de)一個缺(que)失的(de)部分。MULDER 和 VAN DE GRAAF在 20 世紀 90 年代中(zhong)期(qi)首先對此(ci)進行了實驗(yan)證明，此(ci)后人(ren)們對該過(guo)程產生了極大的(de)興趣。厭氧(yang)氨(an)(an)氧(yang)化的(de)反(fan)應方程式為：

該反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)合成細(xi)胞生(sheng)物(wu)量的(de)(de)(de)(de)(de)唯(wei)一(yi)碳源是(shi)碳酸(suan)(suan)氫鹽，表明這(zhe)些細(xi)菌(jun)(jun)為(wei)化(hua)(hua)學自(zi)養細(xi)菌(jun)(jun)。亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)為(wei)硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽的(de)(de)(de)(de)(de)過程(cheng)中產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)還原當量（能(neng)源）用于(yu)碳的(de)(de)(de)(de)(de)固定。厭氧(yang)(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)細(xi)菌(jun)(jun)對(dui)底物(wu)有很高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)親和力，可以將氨氮和亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽的(de)(de)(de)(de)(de)含量降(jiang)至(zhi)較低的(de)(de)(de)(de)(de)水平。上述反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)式(shi)中的(de)(de)(de)(de)(de) NO2-來自(zi)于(yu)亞(ya)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)。傳統硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)包括 2 個基(ji)本(ben)過程(cheng)：氨氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)菌(jun)(jun) （AOB）將NH4+氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)為(wei) NO2-；亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)鹽氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)菌(jun)(jun)（NOB）將NO2-氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)為(wei)NO3-。亞(ya)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)是(shi)通過調控，富集(ji) AOB，抑制(zhi)(zhi)或淘洗 NOB，將硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)反(fan)(fan)(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)控制(zhi)(zhi)在(zai)第 1 步，保持NO2-的(de)(de)(de)(de)(de)累積率并(bing)使出水 ρ(NO2--N)/ρ(NH4+-N)=1～1.3。

2 工藝形式

厭氧(yang)氨(an)(an)氧(yang)化(hua)的工藝形式可以分為兩(liang)段式和(he)一(yi)體式。兩(liang)段式系統的亞硝(xiao)化(hua)和(he)厭氧(yang)氨(an)(an)氧(yang)化(hua)過程(cheng)分別在2 個反應器(qi)中(zhong)進(jin)(jin)行，一(yi)體式則(ze)在同 1 個反應器(qi)中(zhong)進(jin)(jin)行。一(yi)體式的工藝有 DEMON（DEamMONification）、OLAND（Oxygen-limited Autotrophic Nitrificationand Denitrification）、CANON（Completely AutotrophicNitrogen removal Over Nitrite）、SNAP（Single stage Nitrogen removal using Anammox and Partial nitritation） 等。兩(liang)段式工藝通(tong)常有 Partial nitrification- anammox和(he) SHARON-ANAMMOX（Single reactor High activityAmmonia Removal Over Nitrite-Anaerobic AMMonium Oxidation）等。

一(yi)體式工(gong)(gong)藝占地小，反應器結構(gou)簡單，由于短程(cheng)硝(xiao)化(hua)和(he)厭氧(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)化(hua)反應在同一(yi)反應器中(zhong)(zhong)進行，基質含量較低(di)(di)，因此出現(xian)游(you)離氨（FA）、游(you)離亞(ya)硝(xiao)酸（FNA）毒(du)害抑制(zhi)的可能性稍低(di)(di)一(yi)些。但是一(yi)體化(hua)工(gong)(gong)藝生(sheng)物(wu)組成更(geng)(geng)復(fu)雜，NOB 在系統中(zhong)(zhong)不容易淘汰(tai)或(huo)抑制(zhi)，工(gong)(gong)藝對 pH、水(shui)溫更(geng)(geng)為敏(min)感，系統的控制(zhi)難(nan)度更(geng)(geng)大(da)，出現(xian)問題(ti)后要很長時間才能恢復(fu)。

兩(liang)段式工藝亞硝化和厭氧(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)化反應(ying)容易實現(xian)優化控制，亞硝化反應(ying)器中(zhong)(zhong)的(de)異養微生物能夠(gou)降解污水中(zhong)(zhong)的(de)有(you)(you)機物及(ji)其他有(you)(you)毒有(you)(you)害物質，降低對(dui)厭氧(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)化反應(ying)的(de)不利影(ying)響，因此系統運行崩潰后(hou)容易恢(hui)復(fu)。但是(shi)亞硝化段中(zhong)(zhong)亞硝酸(suan)鹽累(lei)積易產生 FNA 抑制，且(qie)由(you)于要將亞硝化速率(lv)和厭氧(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)化速率(lv)進行匹配，所(suo)以系統的(de)設計較為復(fu)雜(za)。

3 影響因素

3.1 溫 度

生(sheng)物(wu)硝化反應(ying)在(zai) 5～40 ℃均可進行，但 15 ℃為分(fen)界點。溫(wen)度(du)(du)高于 15 ℃時，AOB 的生(sheng)長速度(du)(du)高于NOB，AOB 的最(zui)小泥(ni)齡小于 NOB 的最(zui)小泥(ni)齡，并且隨著(zhu)溫(wen)度(du)(du)的升高，二者的差(cha)值(zhi)將(jiang)增加(jia)，所以高溫(wen)有利(li)于 AOB 的生(sheng)長。在(zai) 25 ℃以上控制泥(ni)齡，可以有效地選(xuan)擇 NOB。目前的工程實例通常將(jiang)亞硝化過(guo)程的溫(wen)度(du)(du)控制在(zai) 30～35 ℃。

多數(shu)研(yan)究認為(wei)(wei)，AAOB 的(de)(de)理想溫度條(tiao)件為(wei)(wei) 30～40 ℃，但是自然條(tiao)件下(xia)在溫度較低時也可以進行穩定的(de)(de)厭(yan)氧(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)化(hua)反(fan)(fan)應(ying)，RYSGAARD 等指(zhi)出在 -1.3 ℃時，北極海(hai)底沉積(ji)物中(zhong)的(de)(de) AAOB 菌仍具有(you)活(huo)性[2]。低溫條(tiao)件下(xia)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)中(zhong)的(de)(de) AAOB 菌的(de)(de)活(huo)性一(yi)(yi)直受到關注，一(yi)(yi)些研(yan)究結果表明(ming)，在亞硝化(hua) - 厭(yan)氧(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)化(hua)工藝系統中(zhong)，溫度降(jiang)到 20 ℃以下(xia)后(hou)都(dou)測定發現了 AAOB菌的(de)(de)活(huo)性，有(you)些研(yan)究顯示，在 10 ℃甚至更(geng)低溫度都(dou)有(you)可能存在穩定的(de)(de)厭(yan)氧(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)化(hua)反(fan)(fan)應(ying)[3-4]。但是也有(you)研(yan)究指(zhi)出，當溫度降(jiang)低到 15 ℃時，生物膜反(fan)(fan)應(ying)器(qi)內開始積(ji)累NO2-，表明(ming) AAOB 菌的(de)(de)活(huo)性受到了抑(yi)制[5]。

3.2 基質含量和 pH

厭氧氨氧化反應的(de)基(ji)質為氨和亞硝酸，二者(zhe)含(han)量過高均會(hui)對(dui)微生物產生抑制作用(yong)。

基質(zhi)(zhi)氨(an)對(dui)(dui) AAOB 的(de)影(ying)響較小，只(zhi)有(you)氨(an)的(de)質(zhi)(zhi)量(liang)濃度(du)超(chao)過 1 g/L 才能抑(yi)(yi)(yi)制[6]。基質(zhi)(zhi)氨(an)的(de)抑(yi)(yi)(yi)制主要(yao)由(you) FA產(chan)生(sheng)。FA 對(dui)(dui) AOB 和 NOB 均有(you)抑(yi)(yi)(yi)制，但(dan)抑(yi)(yi)(yi)制的(de)含(han)量(liang)范(fan)圍(wei)不同。ANTHONISEN 等(deng)報道了質(zhi)(zhi)量(liang)濃度(du) 0.1～1.0 mg/L 的(de) FA 對(dui)(dui)亞硝化單(dan)胞菌(jun)(jun)屬(shu)（Nitrosomonas）有(you)抑(yi)(yi)(yi)制作(zuo)(zuo)用(yong)，而(er)質(zhi)(zhi)量(liang)濃度(du) 10～150 mg/L 的(de) FA 對(dui)(dui)硝化桿菌(jun)(jun)屬(shu)（Nitrobacter）有(you)抑(yi)(yi)(yi)制作(zuo)(zuo)用(yong)[7]。在(zai)亞硝化工藝中(zhong)將 FA 的(de)質(zhi)(zhi)量(liang)濃度(du)控制上述(shu) 2 個范(fan)圍(wei)之間(jian)，NOB 就會被抑(yi)(yi)(yi)制而(er)產(chan)生(sheng)NO2-積累。

基(ji)質中的 FNA 對 AOB 和 NOB 均(jun)有抑(yi)制，而離(li)子態亞(ya)硝酸鹽NO2-的影(ying)響較(jiao)小。FNA 對 AOB 和NOB 的抑(yi)制質量濃度為 0.01～1 mg/L，哪種細菌對FNA 具有更高(gao)的耐(nai)受(shou)性，目(mu)前的研(yan)究(jiu)結果仍相互矛盾[8-9]。NO2-對 AAOB 的影(ying)響較(jiao)大，當(dang)NO2-的質量濃度高(gao)于 100 mg/L 時，AAOB 活性被完全抑(yi)制[6]。

pH 一方面影響了 AOB、NOB、AAOB 等(deng)微生(sheng)(sheng)物的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)長活性(xing)(xing)，另(ling)一方面影響了NH4+和(he) FA 以及NO2-和(he) FNA 之間的(de)(de)(de)化(hua)學平(ping)衡(heng)(heng)。一般而言，在中性(xing)(xing)偏堿性(xing)(xing)條件下，AOB 和(he) AAOB 才能表現出相對(dui)較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)長活性(xing)(xing)。AOB 適(shi)宜生(sheng)(sheng)長的(de)(de)(de) pH 是 7.0～8.6，AAOB 適(shi)宜生(sheng)(sheng)長的(de)(de)(de) pH 為(wei) 6.5～8.8[10]。pH 較(jiao)高(gao)時(shi)，化(hua)學平(ping)衡(heng)(heng)向(xiang)生(sheng)(sheng)成 FA 方向(xiang)進行；pH 較(jiao)低時(shi)，化(hua)學平(ping)衡(heng)(heng)向(xiang)生(sheng)(sheng)成 FNA方向(xiang)進行。當 pH 分別(bie)大(da)于(yu) 8.0 和(he)低于(yu) 6.0 時(shi)，FA 和(he)FNA 在體系內所(suo)占(zhan)比例(li)迅速(su)增大(da)。經計算(suan)，35 ℃水(shui)溶液(ye)中總NO2--N 的(de)(de)(de)質量濃度為(wei) 500 mg/L、pH 為(wei) 7時(shi)，FNA 的(de)(de)(de)質量濃度只有(you) 0.1 mg/L。所(suo)以當 pH 大(da)于(yu)7 時(shi)，FNA 對(dui) AOB 和(he) NOB 的(de)(de)(de)抑制作用較(jiao)為(wei)有(you)限。

3.3 DO 含量

AAOB 為(wei)嚴格厭氧(yang)(yang)菌，STROUS 等(deng)指(zhi)出(chu)，在 DO含量(liang)為(wei) 0.5%～2.0%空(kong)氣飽和度(du)時(shi)(shi)，AAOB 活性(xing)(xing)被完全抑制(zhi)[6]。但(dan)該抑制(zhi)是(shi)(shi)可逆的(de)(de)，DO 消(xiao)除后，AAOB 的(de)(de)活性(xing)(xing)可以(yi)恢復。AOB 和 NOB 都是(shi)(shi)嚴格好氧(yang)(yang)菌，當AAOB 和 AOB 共(gong)存在系統(tong)(tong)中時(shi)(shi)，AOB 消(xiao)耗了(le) DO，所(suo)以(yi)即使(shi)(shi) DO 的(de)(de)質量(liang)濃度(du)在高(gao)于 0.2 mg/L 的(de)(de)條件下，AAOB 也可以(yi)保持正常活性(xing)(xing)，這(zhe)使(shi)(shi)得亞硝化(hua)結合厭氧(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)化(hua)工(gong)藝的(de)(de)一(yi)段式系統(tong)(tong)成為(wei)可能(neng)。實際工(gong)藝中還利用顆(ke)粒污泥和填料富(fu)集微生物，形(xing)成 DO 內外不同的(de)(de)微環(huan)境，為(wei) AAOB 和 AOB 在系統(tong)(tong)中共(gong)生創造(zao)條件。

好氧菌(jun) AOB 和(he) NOB 對 DO 有(you)競爭(zheng)作用，二者的(de)(de) DO 半飽和(he)系數分別為 0.74～0.99 mg/L 和(he) 1.4～1.75 mg/L，所以(yi) AOB 具有(you)更好的(de)(de)氧親(qin)和(he)力(li)(li)。在(zai)實(shi)際工(gong)藝中，通常將 DO 含(han)量控制在(zai)較低的(de)(de)水平，可(ke)以(yi)使AOB 優先獲得有(you)限的(de)(de)氧，抑制 NOB 的(de)(de)活性。文獻中報道的(de)(de)抑制 NOB，維持 AOB 活性的(de)(de)臨界 DO 含(han)量各不相同。RUIZ 等指出，臨界 DO 的(de)(de)質(zhi)量濃(nong)度宜(yi)控制在(zai) 1.7 mg/L 以(yi)下(xia)[11]；而 HANAKI 等認為，在(zai) 25 ℃時將 DO 的(de)(de)質(zhi)量濃(nong)度降至 0.5 mg/L，AOB 沒有(you)受到明顯影響，而 NOB 活性下(xia)降[12]。除了直接控制 DO含(han)量，也(ye)可(ke)以(yi)利用生物膜和(he)顆粒(li)污泥內存在(zai)傳質(zhi)阻力(li)(li)，間接限制 DO 含(han)量，抑制 NOB。

3.4 有機物

可生(sheng)物降(jiang)解有機(ji)物不直接影響 AAOB，但能誘導(dao)(dao)反應(ying)器(qi)內普(pu)通(tong)異養菌（OHO）的(de)(de)生(sheng)長(chang)。由于 AAOB的(de)(de)生(sheng)長(chang)速率(lv)比 OHO 低得多，當存在過量(liang)的(de)(de)有機(ji)碳時(shi)，異養細菌將占據反應(ying)器(qi)的(de)(de)主導(dao)(dao)地位，因而限制了AAOB 生(sheng)長(chang)的(de)(de)空間和(he)底物。通(tong)常，在一體式厭氧(yang)氨氧(yang)化工藝(yi)中(zhong)，進水(shui)可降(jiang)解 COD 和(he)總NH4+-N 的(de)(de)質量(liang)濃度(du)比需要低于 0.5。另一方面，如果進水(shui)中(zhong)含有一定含量(liang)的(de)(de)可降(jiang)解有機(ji)物，那么出水(shui)中(zhong)的(de)(de)硝酸鹽可以被去除(chu)，所以 TN 去除(chu)率(lv)是提(ti)高(gao)的(de)(de)。

VEUILLET 等發現，當進(jin)水(shui)中(zhong)(zhong)慢(man)速降(jiang)解 COD:ρ (NH4+-N)低于 0.5 時(shi)，出水(shui) ρ (NO3--N)/ρ (NH4+-N)約(yue)4%；當 COD:ρ(NH4+-N)在 1:1～1.5:1 時(shi)，出水(shui) ρ(NO3--N)/ρ(NH4+-N)約(yue) 1%[13]。一些(xie)研究指出，當進(jin)水(shui)中(zhong)(zhong)含(han)有(you)醋(cu)酸鹽、甲醇等其他(ta)有(you)機物時(shi)，COD:ρ(TN)達到 2 左右(you)時(shi)，AAOB 菌的活性(xing)受到抑制[14]。LACKNER 對 14 個生產性(xing)反應器測試后(hou)(hou)指出，進(jin)水(shui) COD:ρ(TN)從 1 提高至(zhi) 1.5 后(hou)(hou)，生物膜系(xi)統(tong)對 TN 的去除率沒有(you)降(jiang)低[15]。

JENNI 等指出，在懸浮生(sheng)長系(xi)統中，只(zhi)要(yao)泥齡足夠，進(jin)水(shui) COD:ρ(TN)提高(gao)至 1.5 時，AAOB 可以與 OHO共(gong)存(cun)。但進(jin)水(shui) COD:ρ(TN)最好低(di)于 1:1[16]。

3.5 金屬離子

鐵是細胞血紅素的(de)(de)(de)合(he)成(cheng)元素，對 AAOB 的(de)(de)(de)影響較大，相對 Fe3+，Fe2+更容(rong)易(yi)促進(jin)(jin) AAOB 的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)長，提高其活性(xing)。Fe2+還可以替(ti)代(dai)氨(an)作為電(dian)子供體(ti)，Fe3+、錳離(li)子也被用(yong)(yong)作厭氧(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)化代(dai)謝中的(de)(de)(de)電(dian)子受體(ti)[17]。在(zai)多(duo)種電(dian)子受體(ti)和電(dian)子供體(ti)存在(zai)的(de)(de)(de)代(dai)謝體(ti)系下(xia)，AAOB 菌(jun)面臨的(de)(de)(de)競爭壓力較小，厭氧(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)化過程也更具(ju)穩(wen)定性(xing)。Ca2+和 Mg2+是微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)細胞組分，Mg2+、Cu2+、Zn2+是酶的(de)(de)(de)激活劑，能(neng)夠(gou)提高酶活性(xing)來促進(jin)(jin)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)代(dai)謝。目前的(de)(de)(de)研究皆(jie)證明少量(liang)的(de)(de)(de)金屬離(li)子對 AAOB菌(jun)有積極影響，但是金屬離(li)子含量(liang)過高則會對 AAOB菌(jun)產生(sheng)(sheng)毒性(xing)作用(yong)(yong)。

4 微生物特征

AOB 可分(fen)(fen)為(wei)(wei)(wei) 5 個屬(shu)，即 Nitrosomonas、Nitrosospira、Nitrosococcus、Nitrosolobus、Nitrosovibrio，NOB 則主要(yao)包括(kuo) Nitrobacter、Nitrospina、Nitrospira 和(he) Nitrococcus4 個屬(shu)。AOB 和(he) NOB 廣泛分(fen)(fen)布于(yu)土壤(rang)、淡水(shui)、海洋及(ji)其他環境中[18]。多(duo)數(shu) AOB 和(he) NOB 為(wei)(wei)(wei)化(hua)(hua)能自養型(xing)微生(sheng)物(wu)，分(fen)(fen)別以氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)氨(an)(an)和(he)亞硝酸鹽釋放的(de)(de)化(hua)(hua)學能為(wei)(wei)(wei)能源，以 CO2為(wei)(wei)(wei)唯一碳(tan)源，少(shao)數(shu)為(wei)(wei)(wei)兼(jian)性(xing)自養型(xing)，可同化(hua)(hua)有(you)(you)機物(wu)。AOB 和(he) NOB 形(xing)態各異(yi)，均(jun)為(wei)(wei)(wei)無芽孢(bao)的(de)(de)革(ge)(ge)蘭(lan)氏(shi)(shi)陰(yin)性(xing)菌，有(you)(you)復雜的(de)(de)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)膜(mo)結構(gou)，有(you)(you)些(xie)(xie)借助鞭毛運動，如(ru) Nitrosolobus，有(you)(you)些(xie)(xie)無鞭毛不(bu)能運動，如(ru) Nitrospira。一般認為(wei)(wei)(wei) AOB 與 NOB 之間(jian)存在(zai)共生(sheng)關系(xi)。AAOB 菌是一類功(gong)能菌種(zhong)，都屬(shu)于(yu)浮霉菌門，目(mu)前發(fa)現有(you)(you) 5 屬(shu) 17 種(zhong)，全部為(wei)(wei)(wei)自養菌。其中，Brocadia、Kuenenia、Jettenia 和(he) Anammoxoglobus 4 個屬(shu)由(you)污水(shui)處理系(xi)統中獲得，Scalindua 發(fa)現于(yu)自然(ran)生(sheng)態系(xi)統中。AAOB 為(wei)(wei)(wei)革(ge)(ge)蘭(lan)氏(shi)(shi)陰(yin)性(xing)菌，呈不(bu)規則球形(xing)、卵形(xing)等，直徑 0.8～1.2 μm。AAOB 細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)壁表(biao)面有(you)(you)火山口狀結構(gou)，少(shao)數(shu)有(you)(you)菌毛。AAOB 的(de)(de)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)被厭氧(yang)(yang)(yang)氨(an)(an)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)體(ti)膜(mo)（Anammoxosome membrane）、細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)質膜(mo)（Cytoplasmic membrane）、胞(bao)(bao)漿(jiang)內膜(mo)（Intracytoplasmic membrane）分(fen)(fen)隔成 3 個部分(fen)(fen)，分(fen)(fen)別為(wei)(wei)(wei)核(he)糖細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)質（Riboplasm）、厭氧(yang)(yang)(yang)氨(an)(an)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)體(ti)（Anammoxosome），以及(ji)外室(shi)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)質（Paryphoplasm）[19]。2 類硝化(hua)(hua)細(xi)(xi)(xi)菌和(he)厭氧(yang)(yang)(yang)氨(an)(an)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)菌生(sheng)長習性(xing)見表(biao) 1。

5 工程化應用

在(zai)厭(yan)氧氨氧化工藝的(de)(de)實際應用(yong)方面，2002 年，帕克公司(si)在(zai)鹿特(te)丹 Dokhaven 污(wu)水(shui)處理(li)廠建造了世(shi)界第 1 座生(sheng)產性(xing)厭(yan)氧氨氧化反(fan)應器，采用(yong) SharonAnammox 系統處理(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)脫水(shui)液(ye)。此后(hou)，荷蘭、德(de)國、日本、澳(ao)大利(li)亞(ya)、瑞士和英國等(deng)地也相繼(ji)建立了共100 多(duo)座厭(yan)氧氨氧化廢水(shui)處理(li)廠，除了污(wu)泥(ni)(ni)(ni)消(xiao)化液(ye)，處理(li)的(de)(de)廢水(shui)還包(bao)括(kuo)垃(la)圾滲濾液(ye)、養(yang)殖場廢水(shui)、食品廢水(shui)等(deng)。目前，實際工程應用(yong)的(de)(de)厭(yan)氧氨氧化技術可以分為懸浮(fu)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)統、顆粒污(wu)泥(ni)(ni)(ni)和生(sheng)物膜(mo)系統。

5.1 懸浮污泥系統

AOB 和 AAOB 生長緩慢，世代周期長，在(zai)普通懸(xuan)(xuan)浮污泥系統中容易流失(shi)，所以(yi)懸(xuan)(xuan)浮污泥工藝常采用序批式活性污泥法反應器（SBR）形式截(jie)留(liu)微生物。

在(zai)(zai)所有的(de) SBR 厭(yan)氧(yang)氨氧(yang)化技術中(zhong)，80%為 DEMON工藝。該(gai)工藝首先是(shi)在(zai)(zai)奧(ao)地利的(de) Strass 污水處(chu)理(li)廠(chang)得到(dao)應(ying)(ying)用，其核心(xin)是(shi)通過監測(ce) pH 的(de)變化，來調(diao)整曝(pu)氣時(shi)間(jian)，進而調(diao)整短程硝化和厭(yan)氧(yang)氨氧(yang)化的(de)平(ping)衡；另一方面，該(gai)工藝利用水力(li)旋流(liu)器(qi)(qi)調(diao)節 AAOB 和 AOB的(de)泥齡(ling)，微生物(wu)在(zai)(zai)離心(xin)力(li)的(de)作用下會被分(fen)為 2 部(bu)分(fen)，較(jiao)(jiao)輕(qing)質的(de) AOB 從頂部(bu)溢流(liu)，較(jiao)(jiao)重的(de) AAOB 聚(ju)集在(zai)(zai)底(di)部(bu)回(hui)流(liu)至反應(ying)(ying)器(qi)(qi)。Strass 污水處(chu)理(li)廠(chang)實現了 85%以(yi)上的(de)自養脫(tuo)氮效率。

采用 DEMON 工藝的(de)污水(shui)處(chu)理廠(chang)還包括瑞士(shi)的(de)Glarnerland 和(he) Thun 污水(shui)處(chu)理廠(chang)、德國的(de) Heidelberg和(he) Plettenberg 污水(shui)處(chu)理廠(chang)。目前，華盛(sheng)頓 Blue Plains污水(shui)處(chu)理廠(chang)正(zheng)在(zai)建設(she)的(de) DEMON 工藝是全球最(zui)大的(de)厭氧氨(an)氧化工程，設(she)計氮負荷為 9.072 t/d。

5.2 顆粒污泥系統

顆粒(li)污泥(ni)系統(tong)(tong)的(de)(de)一個典型案例是(shi)帕克公司(si)在鹿特丹建(jian)立的(de)(de) Anammox 反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)，早期的(de)(de)測流工藝傾向(xiang)于(yu)采用兩(liang)(liang)段(duan)式(shi)系統(tong)(tong)，所以實際運行時該 Anammox反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)與(yu)之前(qian)建(jian)好的(de)(de)亞硝化(hua) SHARON 反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)進行耦合，形(xing)成了(le) Sharon-Anammox 反(fan)(fan)應(ying)(ying)系統(tong)(tong)，該系統(tong)(tong)的(de)(de)啟動經歷了(le) 3.5 年。隨后帕克公司(si)又開發了(le)一體(ti)式(shi)Anammox 反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)。兩(liang)(liang)段(duan)式(shi)系統(tong)(tong)中(zhong)的(de)(de)厭(yan)氧氨氧化(hua)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)和一體(ti)式(shi)反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)(qi)均(jun)采用上向(xiang)流連續(xu)式(shi)運行，內置斜板(ban)沉淀池(chi)，實現(xian)了(le)對污泥(ni)顆粒(li)的(de)(de)截留。

目前，一(yi)體(ti)式(shi)反應(ying)器的(de)應(ying)用較為(wei)普遍，反應(ying)器內(nei)(nei)DO 的(de)質量濃度控(kong)制在 1 mg/L 左右，顆粒污泥內(nei)(nei)外形成了(le) DO 含量梯度，外表適宜生長 AOB，內(nei)(nei)部生長 AAOB，密度較小的(de)異養菌絮體(ti)則排到系統外。穩定運行時，TN 負(fu)荷可(ke)達 4.8 kg/(m3·d)。

5.3 生物膜系統

目前，生物膜形(xing)式(shi)的厭(yan)氧氨氧化工藝主要有DeAmmon 和 ANITATMMox 等。其中，DeAmmon 工藝于 2001 年由 Purac 公(gong)司(si)和 Hannover 大學聯(lian)合開發(fa)，在(zai)德國 Haittingen 污水處理廠首先得到應(ying)用。工藝由 3 個(ge) MBBR 反(fan)應(ying)池和1 個(ge)脫氣池組成，3 個(ge)反(fan)應(ying)池可以(yi)根據需要以(yi)串聯(lian)或者并聯(lian)的方式(shi)連接(jie)，MBBR 的填充率(lv)為 40%～50%。

反應池的(de)每個分區都(dou)設置間歇(xie)曝氣(qi)，曝氣(qi)段(duan)和非曝氣(qi)段(duan)的(de)時(shi)間分別為(wei) 20～50 min 和 10～20 min，具體(ti)時(shi)間通過(guo)監測在線電(dian)導率實施調整。工藝對 TN 的(de)去除率達 70%～80%，實際運行 TN 負荷為(wei) 180 kg/d。

ANITATMMox 是(shi) Veolia 開發的(de)厭氧氨(an)氧化(hua)工(gong)藝(yi)，該工(gong)藝(yi)于 2011 年(nian)首先在(zai)(zai)(zai)瑞(rui)典的(de) Sj觟(hua)lunda 污水廠(chang)得到應用(yong)(yong)，在(zai)(zai)(zai)測(ce)流系統(tong)中主要采用(yong)(yong)一(yi)體(ti)化(hua)的(de) MBBR反應池。ANITATMMox 可(ke)以采用(yong)(yong)純(chun) MBBR 生(sheng)物(wu)膜或者泥膜混合的(de) IFAS 形(xing)式。純(chun)生(sheng)物(wu)膜工(gong)藝(yi) AAOB菌(jun)在(zai)(zai)(zai)填(tian)料的(de)最(zui)內(nei)層，AOB 在(zai)(zai)(zai)外層；IFAS 工(gong)藝(yi) AAOB主要在(zai)(zai)(zai)填(tian)料上，AOB 在(zai)(zai)(zai)懸浮污泥中。ANITATMMox主要控(kong)制的(de)參數(shu)是(shi) DO 含量，可(ke)以簡單的(de)將(jiang) DO 含量控(kong)制在(zai)(zai)(zai)一(yi)定范圍，或者通過氨(an)氮(dan)去除(chu)率、硝(xiao)酸鹽生(sheng)成量和氨(an)氮(dan)去除(chu)量的(de)比來實(shi)時控(kong)制 DO 含量。純(chun)MBBR 系統(tong) DO 的(de)質(zhi)量濃度(du)控(kong)制在(zai)(zai)(zai) 0.5～1.5 mg/L，IFAS 系統(tong) DO 的(de)質(zhi)量濃度(du)控(kong)制在(zai)(zai)(zai) 0.3～0.8 mg/L。

6 主流工程化應用

目前(qian)，厭氧(yang)(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)(yang)化技(ji)術(shu)研究與工程應用主要集中在工業廢水(shui)和(he)污泥脫水(shui)液、垃圾(ji)滲濾液等領域(yu)，對于城(cheng)市污水(shui)的(de)應用研究還非常有(you)限。城(cheng)鎮污水(shui)處理量大、但是氨氮含量和(he)水(shui)溫相對較低、成分也更為(wei)復(fu)雜，開發適合城(cheng)鎮污水(shui)的(de)主流工藝(yi)具有(you)重要的(de)現實意義，同時也面臨著更大的(de)挑(tiao)戰。厭氧(yang)(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)(yang)化技(ji)術(shu)用于城(cheng)市污水(shui)仍具有(you)許多較為(wei)突(tu)出的(de)問題有(you)待解(jie)決。例(li)如，NOB 的(de)有(you)效抑制和(he) AAOB 的(de)有(you)效截留等。

Strass 污水處理廠(chang)(chang)最先開(kai)啟了向主流(liu)厭(yan)(yan)氧氨氧化方向的(de)邁進(jin)。該廠(chang)(chang)將測流(liu)厭(yan)(yan)氧氨氧化系統剩余的(de)AAOB 和 AOB 補(bu)充到(dao)主流(liu)，雖然實現了 AAOB 菌的(de)富(fu)集，但是該廠(chang)(chang)的(de)主流(liu)厭(yan)(yan)氧氨氧化效(xiao)果仍(reng)不(bu)理想，主要(yao)是亞硝化過程(cheng)不(bu)穩定(ding)。實驗顯示，NOB 菌能(neng)適應低(di)氧環境，因(yin)此低(di)氧運行并不(bu)成(cheng)功，而間歇曝氣等相關(guan)抑制 NOB 的(de)技術方法仍(reng)在探索中。

新加坡(po)的(de)樟宜污(wu)水(shui)廠率先在主流(liu)工(gong)藝中(zhong)成功(gong)實現(xian)了穩(wen)(wen)定(ding)的(de)厭氧(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)化(hua)，經過核算(suan)，該(gai)(gai)廠主流(liu)自養脫氮過程對(dui) TN 的(de)去除貢獻了 62%。該(gai)(gai)廠采(cai)用(yong)分段進水(shui)多級 A/O 工(gong)藝，系統(tong) HRT 為 5.8 h，污(wu)泥(ni)停留時間(jian)（SRT）為 5 d，缺氧(yang)(yang)區和(he)好(hao)氧(yang)(yang)區各占 2.5 d，污(wu)水(shui)溫度全年保持在 28～32 ℃。該(gai)(gai)廠好(hao)氧(yang)(yang)區短程硝化(hua)作(zuo)用(yong)很(hen)明顯(xian)，曝氣池(chi)亞(ya)硝酸鹽累積率為 76%，缺氧(yang)(yang)區內氨氮和(he)亞(ya)硝酸鹽氮也(ye)得到了同(tong)步(bu)去除。該(gai)(gai)廠較高的(de)水(shui)溫是實現(xian)穩(wen)(wen)定(ding)亞(ya)硝化(hua)的(de)先天優勢(shi)，缺氧(yang)(yang)、好(hao)氧(yang)(yang)交替運行和(he)短泥(ni)齡的(de)工(gong)藝特征是實現(xian)穩(wen)(wen)定(ding)亞(ya)硝化(hua)的(de)關(guan)鍵(jian)原因。

另外，針對厭氧(yang)氨氧(yang)化反應，研究人員提出了繁殖快、生長周期(qi)短的 AAOB 也可以存在于泥齡較短的污水處理系統，已(yi)有相(xiang)關的試驗(yan)證明了該(gai)結論。

7 結語

脫(tuo)氮(dan)和(he)能(neng)量自給已(yi)成為污水處(chu)理(li)的 2 大(da)目標。傳統的生物脫(tuo)氮(dan)過(guo)程(cheng)(cheng)在曝氣(qi)和(he)混(hun)合過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)消(xiao)耗(hao)了能(neng)量，在反硝化(hua)(hua)和(he) pH 控制過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)消(xiao)耗(hao)了化(hua)(hua)學藥(yao)劑。而短(duan)程(cheng)(cheng)脫(tuo)氮(dan)（包(bao)括短(duan)程(cheng)(cheng)硝化(hua)(hua)和(he)厭氧氨(an)氧化(hua)(hua)）在能(neng)耗(hao)和(he)藥(yao)耗(hao)方面均具有較大(da)的優勢。經過(guo) 20 多年的發展，短(duan)程(cheng)(cheng)脫(tuo)氮(dan)已(yi)成功(gong)應用于測(ce)流等高氨(an)氮(dan)廢(fei)水的處(chu)理(li)工(gong)程(cheng)(cheng)中(zhong)。

但是(shi)作為一(yi)項新技術，短(duan)程脫氮(dan)仍有許多問(wen)題尚(shang)未解決：

1）AAOB 菌(jun)生長(chang)緩慢，需要(yao)研究反應器(qi)的快(kuai)速(su)啟(qi)(qi)動(dong)方法(fa)，實(shi)現 AAOB 的快(kuai)速(su)有效富集，縮短反應器(qi)的啟(qi)(qi)動(dong)時(shi)間；

2）AAOB 對環境比較(jiao)敏(min)感，需確定厭(yan)氧氨氧化工程對不同成分廢水處理的適宜性(xing)，并提出避免有毒物質(zhi)對 AAOB 產生抑制和毒害(hai)的方法；

3）主流厭氧氨氧化(hua)方面，需要研究提(ti)高(gao)(gao)工藝運(yun)行的穩定性(xing)，特(te)別(bie)是提(ti)高(gao)(gao)亞硝(xiao)化(hua)過程中亞硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)的累積率和 AAOB 在低溫條件下的活性(xing)等。

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