厌氧氨氧化
厌氧氨氧化作用即在厌氧条件下由厌氧氨氧化菌利用亚硝酸盐为电子受体，将氨氮氧化为氮气的生物反应过程。这种反应通常对外界条件（pH 值、温度、溶解氧等）的要求比较苛刻，但这种反应由于不需要氧气和有机物的参与，因此对其研究和工艺的开发具有可持续发展的意义。
厌氧氨氮化一般前置短程硝化工艺，将废水中的一部分氨氮转化成亚硝酸盐。目前在处理焦化废水、垃圾渗滤液等废水方面已经有成功的运用实例。
厌氧氨氧化是一个微生物反应，反应产物为氮气。具有一些优点：由于氨直接作反硝化反应的电子供体，可免去外源有机物(甲醇)，既可节约运行费用，也可防止二次污染；由于氧得到有效利用，供氧能耗下降；由于部分氨没有经过硝化作用而直接参与厌氧氨氧化反应，产酸量下降，产碱量为零，这样可以减少中和所需的化学试剂，降低运行费用，也可以减轻二次污染。
厌氧氨氧化（Anammox)
厌氧氨氧化的发现
Broda的预言
1977年，奥地利理论化学家Broda根据化学反应热力学，预言自然界存在以硝酸盐或亚硝酸盐为氧化剂的氨氧化反应，因为与以氧为氧化剂的氨氧化反应相比，它们释放出的自由能一点也不逊色。
序号电子受体化学反
应ΔG/（KJ/mol)
1 氧2NH4++3O2→
2NO2-+2H2O+4H+ -241
2 亚硝酸盐 NH4++NO2-→
N2+2H2O -335
3 硝酸盐 5NH4++3NO3-→
4N2+9H2O+2H+ -278
既然自然界存在自养型亚硝化细菌，能够催化反应1，那么理论上也应该存在另
一种自养型细菌，能够催化反应2和反应3。由于当时这种细菌还没有被发现，所以，Broda 认为它们是隐藏于自然界的自养型细菌。
Mulder的发现
20世纪80年代末，荷兰Delft工业大学开始研究三级生物处理系统。在试运期间，Mulder等人发现，生物脱氮流化床反应器除了进行人们所熟知的反硝化外，还进行着人们未知的某个反应使氨消失了。进一步观察发现，除了氨不明去向外，硝酸盐和亚硝酸盐也有一半以上不明去向。
而且伴随着氨与硝酸盐（亚硝酸盐）的消失，产气率大幅度提高，气体中的最主要的成分为N2。
对生物脱氮流化床反应器所做的氮素和氧化还原平衡发现，氨与硝酸盐之间的反应基本上按照反应3所预期方式进行。理论值与实测值非常接近。
为了对这一反应结果进行确认，Mulder等人进一步做了分批培养实验。实验证明，氨确实与硝酸盐同步转化；硝酸盐耗尽时，氨转化也停止；添加硝酸盐后，氨转化继续进行。伴随氨和硝酸盐的转化，累计产气量增加；转化停止时，累计产气量不变。气体的主要成分是N2。
至此，Mulder等人认为，生物脱氮流化床反应器中的氨和硝酸盐转化是按Broda 所预言的方式进行的，并将其称为厌氧氨氧化。
厌氧氨氧化的反应机理
Graff等采用15N的示踪实验研究表明，Anammox是通过生物氧化的途径实现的，过程中最可能的电子受体是羟胺（NH2OH），并推测出其代谢途径：
厌氧氨氧化菌首先将NO2-转化成NH2OH，再以NH2OH为电子受体将NH4+氧化生成N2H4；N2H4转化成N2，并为NO2-还原成NH2OH提供电子；实验中有少量NO2-被氧化成NO3-。
厌氧氨氧化涉及的化学反应为：
NH2OH + NH3 → N2H4 + H2O
N2H4 → N2 + 4[H]
HNO2 + 4[H] → NH2OH + H2O
厌氧氨氧化工艺的技术要点
Anammox工艺的关键是获得足量的厌氧氨氧化菌，并将其有效地保持在装置内，
使反应器达到设计的厌氧氨氧化效能。在实施上，不仅要优化营养条件和环境条件，促进厌氧氨氧化菌的生长，同时要设法改善菌体的沉降性能并改进反应器的结构，促使功能菌有效持留。此工艺的技术要点主要包括以下几个方面：
温度控制
温度是影响细菌生长和代谢的重要环境条件。随着温度的升高，细胞内的生化反应加快，细菌生长加速；超过上限温度后，对温度敏感的细胞组分（如蛋白质和核酸）变性加剧，细菌生长停止，甚至死亡。如果其他条件不变，细菌有一个最适生长温度。
郑平的研究表明，当温度从15℃上升到30℃时，厌氧氨氧化速率随之增大，但上升到35℃时反应速率下降，最适温度在30℃左右。Jetten等认为，厌氧氨氧化的温度范围为20--43℃，最适温度为40℃。
pH控制
在厌氧氨氧化过程中，pH是一个非常重要的环境条件。它对厌氧氨氧化的影响主要来自它对细菌和基质的影响。
郑平通过研究发现，当pH从6.0升至7.5时，厌氧氨氧化速率提高；但当pH继续由8.0升至9.5时，厌氧氨氧化速率下降；由此判定，最适pH在7.5到8.0附近。据Strous等人报道，厌氧氨氧化的适宜pH 范围为6.7—8.3，最大反应速率出现在pH8.0左右。
溶解氧浓度控制
Strous等人采用序批式反应器试验了氧对厌氧氨氧化的影响。该反应器以厌氧和好氧交替进行，在充氧期间，没有厌氧氨氧化反应；只有在停止供氧后，才发生厌氧氨氧化反应。试验证明，氧能够抑制厌氧氨氧化活性，但除氧后厌氧氨氧化活性能够恢复。
Strous等人进一步考察了氧对厌氧氨氧化的活性抑制浓度。他们发现，在氧浓度为0.5—2.0%空气饱和度的条件下，厌氧氨氧化活性被完全抑制；氧对厌氧氨氧化活性的抑制浓度低于0.5%空气饱和度
基质浓度控制
基质氨和产物硝酸盐对厌氧氨氧化的活性影响较小，只要氨浓度和硝酸盐浓度低于1000mg/l，就不会对厌氧氨氧化活性产生抑制作用。但是，基质亚硝酸盐对厌
氧氨氧化活性影响较大，一旦亚硝酸盐浓度超过100mg/l，就会对厌氧氨氧化活性产生明显的抑制作用。
在基质浓度控制中，应重点控制亚硝酸盐浓度，使之低于5mmol/l.
负荷控制
在反应器容积负荷设定以后，其工作性能有赖于污泥负荷作保障。如果污泥负荷很高，接近或超过最大污泥活性，多余基质将不被转化，如果该基质是氨，则会影响出水水质，如果该基质是亚硝酸盐，甚至会导致反应器失控。
防止污泥超负荷的措施是提高污泥浓度。Anammox工艺常见的污泥氨负荷为0.02—0.3kg/(kg?d).
泥龄控制
由于厌氧氨氧化菌生长缓慢，细胞产率低，维持长泥龄对Anammox工艺具有至关重要的作用。厌氧氨氧化菌的倍增时间长达11d，因此Anammox工艺的泥龄越长越好
厌氧氨氧化工艺的先进性
与传统的硝化反硝化技术相比，厌氧氨氧化工艺具有很多优点：
（1）由于氨可以直接用作反硝化反应的电子供体，因此，不需要外加有机物做电子供体，既可节省费用，又可防止二次污染。
（2）硝化反应每氧化1molNH4+耗氧2mol,而在厌氧氨氧化反应中，每氧化
1molNH4+只需要0.75mol氧气，耗氧减少62.5%，从而使供氧耗能大幅度下降。（3）传统的硝化反应氧化1molNH4+可产生2molH+，反硝化反应还原1molNO3-或NO2-将产生1molOH-，而厌氧氨氧化反应产酸量大幅度下降，产碱量降至为零，可以节省数量客观的中和试剂，同时防止可能出现的二次污染。
厌氧氨氧化工艺存在的主要问题有：
（1）在Anammox反应器中，生物产率极低，几乎观察不到厌氧氨氧化菌的生长繁殖，系统必须有相应的生物补给，否则反应器处理能力将下降甚至丧失功能。（2）系统中的生物产率很低，致使水力停留时间比较长，所需的反应器容积很大，废水处理工程的一次投资比较大。
（3）系统反应所需要的温度较高，实际中必须考虑环境条件和所需的能耗（4）厌氧氨氧化菌对光和氧十分敏感，整个反应要在黑暗中进行，且不得有空
气进入。有空气进入时，出水NO2--N浓度急剧升高，甚至会超过进水NO2--N 浓度。因此，厌氧氨氧化工艺需要有很高的技术要求，设备和人员素质都必须满足其要求，难度较大
（5）高浓度的氨氮和硝态氮的存在对厌氧氨氧化反应也有抑制作用，因此，该工艺不适用于高浓度含氮废水。
改进的途径及建议
（1）在厌氧氨氧化的深入研究中，建立相应的自动化监控系统。对Anammox反应器中的溶解氧和生物相进行适时监控，防止不利因素的产生，保证系统在最佳状态下运行。
（2）实际应用中，因地制宜，扬长避短，充分利用现场条件及厌氧氨氧化工艺的优越性。如在将渗滤液回灌的垃圾填埋场，厌氧填埋单元就是一个可以利用的大容积厌氧生物反应器，可将其作为Anammox反应器，对垃圾渗滤液中的氨氮进行处理。
（3）对厌氧氨氧化的微生物相进行深入研究，确定该类微生物生长代谢的最佳条件及其生长缓慢的原因，为Anammox菌的培养提供理论依据。
（4）对厌氧氨氧化反应机理进行深入研究，探讨如何克服高浓度氨氮和硝态氮对反应的抑制作用，拓宽本工艺的适用范围
厌氧氨氧化工艺技术---------- SHARON-ANAMMOX工艺
SHARON工艺就是短程硝化反硝化，在高温和极短的污泥龄条件下，将氨的氧化过程控制在亚硝化阶段，在缺氧条件下进行反硝化。
SHARON-ANAMMOX联合工艺是由SHARON和ANAMMOX组成的新型生物脱氮工艺，即在有氧条件下将SHARON反应控制在氨氧化反应的亚硝化阶段，其出水作为ANAMMOX反应器的进水。此联合工艺是迄今为止最简洁的生物脱氮工艺，具有不需要外加碳源及碱度、氧耗小、污泥产量少等优点，对中等及较低浓度的氨氮废水脱氮处理具有极大的实际应用价值
厌氧氨氧化的发现使人类对微生物氮循环有了更深入的了解，丰富了微生物学知识。厌氧氨氧化的作用机理已获得了初步认识，但迄今为止仍未分离出纯种的厌氧氨氧化菌，这对微生物学研究方法提出了更高的要求。为早期将其应用于日益严重的氮素污染问题，应加强以下研究：1.改进微生物学研究方法，深入研究厌
氧氨氧化菌酶学；2.通过研究厌氧氨氧化菌生长的微生态环境，探讨提高其增殖速度的途径；3.设计合理的反应器，改善厌氧氨氧化污泥持留率。
BUYO废水生物脱氮新技术
———厌氧氨氧化工艺的研究
1厌氧氨氧化的发现及特点
1.1厌氧氨氧化的发现
厌氧氨氧化（ANAMMOX）是指在厌氧条件下，以亚硝酸盐为电子受体，把氨氮直接氧化成氮气的生物脱氮过程[1]。利用特殊微生物的能力来降解环境中的污染物，可以推进水处理技术的发展。最早的科学预示是在1932年美国Mendota湖沉积物进行发酵试验时，发现通过不明途径产生氮气。日本学者也报道，Kizakiko 湖沉积物可直接把氨转化成氮气[2]。1977年，奥地利理论化学家Broda就预言自然界存在反硝化氨氧化的反应[3]。1994年，荷兰Delft大学的Mulder和Van de graaf 等用流化床反应器研究生物反硝化时发现了在反硝化过程中氨氮和硝酸盐成比例的去除并且伴随着氮气生成的现象，他们命名此现象为厌氧氨氧化[4]，从而证实了Broda的预言，1995年van de Graaf等用实验进一步证明厌氧氨氧化是一个厌氧生物反应而非化学反应[5]。
1.2厌氧氨氧化的特点
厌氧氨氧化工艺的主要特点是以无机物氨代替传统反硝化过程中的有机物为电
子供体的新工艺，从而解决了高氨低碳废水中因有机物不足导致的反硝化脱氮效率低的问题；或者看成是以亚硝酸盐代替分子氧作电子受体的硝化过程，比较（1）（2）两式可以看出，厌氧氨氧化工艺的耗氧量比传统的硝化工艺的耗氧量大幅度降低，从而降低了能耗。将厌氧氨氧化反应与硝化反应结合，可望产生新的生物脱氮技术，并具有一些优点：①由于氨直接作反硝化反应的电子供体，可免去外源有机物（甲醇），既节约了运行费用，也防止了二次污染；②由于氧得到了有效利用，供氧能耗下降；③由于部分氨没有经过硝化作用而直接参与了厌氧氨氧化反应，产酸量下降，产碱量为零，这样可以减少中和所需的化学试剂，又降低了运行费用和防止了二次污染。
2厌氧氨氧化的反应机理
2.1厌氧氨氧化的生化反应方程式
NH+4+2O2→NO-3+H2O+2H+ △G0'=-349kJ (传统硝化反应）（1）
NH+4+NO-2→N2+2H2O △G0'=-358kJ （厌氧氨氧化反应）（2）方程（1）是好氧条件下传统硝化反应方程式，（2）是厌氧条件下Mulder
等人推测的厌氧氨氧化的反应方程式。根据化学热力学理论，△G＜0说明反应产能，可以自发进行，△G越小说明反应越容易发生；因此比较（1）（2）两式可以清楚地发现，厌氧氨氧化反应是一个产生能量的过程，理论上比传统的好氧硝化反应更容易发生。
2.2厌氧氨氧化的生物代谢途径
厌氧氨氧化有多种可能的代谢途径，典型的有以下三种：①氨被氧化成羟氨，羟氨和亚硝酸盐生成N2O，N2O进一步转化为氮气[6]。②氨和羟氨反应生成联氨，联氨被转化成氮气并生成4个还原态[H]，还原态[H]被传递到亚硝酸还原系统形成羟氨[7]。③NH+4被氧化为羟氨，羟氨经N2H4、N2H2被转化成氮气[8]。van de Graaf等人利用流化床反应器分别添加硝酸盐、亚硝酸盐、NH2OH、NO和N2O作氧化剂进行了一系列同位素标记试验[9]，发现在厌氧氨氧化过程中产生的一分子N2中，一个氮原子来自NO-2，另一个氮原子来自NH+4，羟胺和联胺是反应的中间产物，羟胺是最可能的电子受体，而羟胺本身是由亚硝酸盐产生。他们推测可能的代谢途径如图1[10]，即电子受体亚硝酸盐在亚硝酸盐还原酶的催化作用下产生羟胺，按着羟胺把氨氧化成联氨，然后在羟胺氧还酶的作用下，联胺被转化成氮气，副产物硝酸盐是在ANAMMOX菌同化合成细胞过程中产生的。
图1厌氧氨氧化菌的代谢途径
3厌氧氨氧化的微生物特性
厌氧氨氧化菌是ANAMMOX工艺的基石，其生长能力和代谢能力是ANAMMOX
工艺的灵魂。厌氧氨氧化菌属于分支很深的浮霉状菌（Planctomycetes），是自养型细菌，具有世代周期长、外形不规则等特点[11，12]。到目前为止已鉴定了三种厌氧氨氧化菌：Brocadia属包括B.ANAMMOXidans和B.Fulgida；Kuenenia[13]属包括K.stuttgartiensis；Scalindua属包括S.wagneri，sibrodae和
S.sorokini。但均未得到纯菌株，其中前两种是在污水处理系统中分离鉴定的，后一种是在海洋系统中发现的[14]。B.anammoxidans细胞大致呈球状，细胞壁表面有火山口状结构[15]，细胞可分为内室和外室，内室中间有一个厌氧氨氧化体细胞器（Anammoxo-some），厌氧氨氧化体内含有羟胺氧还酶（Hydroxylamine oxidoreductase.简称HAO），是厌氧氨氧化主要关键的酶之一[16]，内室中还含有拟核和核糖体等成分，外室包围着内室，外室与内室之间由细胞内膜隔开，在外室的外围有细胞膜和细胞壁[17]。随着这类特殊细菌的发现，许多新的污水脱氮工艺孕育而生。
4厌氧氨氧化工艺的特征
4.1厌氧氨氧化工艺
目前开发的主要有两种厌氧氨氧化工艺，即单相的基于亚硝酸盐的全程自养型生物脱氮（Comlpetely Autotrophic Nitrogen removal Over Nitrite，简称CANNON）工艺和两相短程硝化-厌氧氨氧化（SHARON-ANAMMOX）工艺。单相CANNON 工艺是在一个反应器中通过控制溶解氧的浓度利用亚硝酸细菌把部分氨氧化成亚硝酸盐，接着在无氧的条件下利用厌氧氨氧化细菌把氨和亚硝酸盐转化成氮气，即在一个反应器中通过利用亚硝酸细菌和厌氧氨氧化细菌的协同作用，同时进行短程硝化和厌氧氨氧化从而达到除氮的目的。此工艺的关键是控制溶解氧的浓度，由于液相溶解氧浓度与生物膜溶解氧浓度受到的影响因素较多，要想实现完全脱氮，需要在低氮负荷和低溶解氧浓度下进行。两相的SHARON-ANAMMOX工艺是在两个反应器中分别实现短程硝化和厌氧氨氧化。在SHARON反应器中只需
将50%的氨转化成亚硝酸盐，这个过程可以通过控制pH值来得到一个理想的亚硝化率；接着再进入ANAMMOX反应器中实现完全脱氮的，因此它完全适合处理高浓度氨氮废水。上述两种工艺中最难实现的是ANAMMOX过程。故多数学者集中对直接添加亚硝酸盐来进行ANAMMOX工艺的研究，结果表明基质、温度、pH值等对其影响较大。
4.2厌氧氨氧化的影响因素
4.2.1基质的影响
van de Graaf等在连续培养实验中证明，添加有机电子供体（葡萄糖，乙酸盐等）可降低厌氧氨氧化菌的活性；基质亚硝酸盐浓度过高也对其产生抑制，但是亚硝酸盐的抑制浓度报道不一，van de Graaf认为亚硝酸盐浓度超过
20mmol/L将产生抑制作用，当超过50mmol/L，若维持时间较长（12h），厌氧氨氧化菌将失去活性[18]，还有报道说亚硝酸盐浓度超过100mg/L时，厌氧氨氧化被完全抑制，不过这种抑制可以通过添加少量中间产物（联氨，羟胺等）来解除[19]；磷酸盐也可影响厌氧氨氧化菌的活性，Thamdrup认为超过2mmol/L将造成活性失去[20]，van de Graaf等实验证明，厌氧氨氧化菌富集培养物只能耐受1mmol/L磷酸盐，当浓度达5mmol/L时，活性可完全丧失[18]。
4.2.2温度和pH值的影响
Jetten等人为厌氧氨氧化工艺的温度范围为20℃~43℃，最佳为40℃；pH
范围为6.7~8.3，最佳为8.0[6]。Thamdrup认为有活性的温度范围为6~43℃[20]。Straous等试验研究了SBR反应器中厌氧氨氧化的生理学参数，其适宜的温度和pH值范围与Jetten等的研究一致[21]。Egli等发现在生物转盘中厌氧氨氧化菌存在活性的温度和pH范围是11℃~45℃和6.5~9，最佳条件是温度为37℃，pH为8[22]。
4.2.3其他因素的影响
厌氧氨氧化菌对光敏感，光线可降低其活性（30%~50%）；厌氧氨氧化菌受氧抑制[6]。
5厌氧氨氧化工艺的应用
ANAMMOX菌对基质的特殊要求，决定了它的主要废水处理对象是高氨低碳废
水，如垃圾渗滤液，污泥硝化液等高浓度含氮废水。
四川大学的郭勇等利用生物流化床反应器处理垃圾渗滤液成功启动了厌氧氨氧化反应，并在氨氮浓度高达350mg/L时，获得了39.2%的去除率[23]。Straous 等分别用固定床和流化床反应器来处理来自污水处理厂的消化液，得到了理想的去除效果。经过150d的驯化培养，固定床氨氮的平均去除率高达88%；流化反应器氨氮和亚硝氮的去除率分别高达82%和99%，对氨氮的去除能力达到了
0.7kgNH+4-Nremoval/（m3·d）和1.5kgTKN/（m3·d）。Fux等人利用SHARON-ANAMMOX 工艺对来自两个污水处理厂的硝化液出水进行中等规模（3.6m3）调试处理，经过半年硝化液中氮元素的去除率达到了90%之多[24]。在荷兰，一个1898m3的SHARON-ANAMMOX系统已经付诸应用[16]。
6、国内外研究概述与展望
6.1国外研究概况
荷兰Delft大学的学者对ANAMMOX作了较多的研究。1996年Straous M等人用生物固定床和流化床反应器研究了厌氧氨氧化污泥特性，并分别得到了氨氮82%和99%的较高去除率，氨氮和总氮最大去除能力分别达到0.7kg.m-3d-1和
1.5kg.m-3.d-1[1]。1998年Straous M等人利用SBR反应器对细菌特性进行研究结果表明，SBR是对厌氧氨氧化菌研究较理想的反应器，并且获得了富集此菌种的浓度高达74%。同年Jetten等人对厌氧氨氧化的进一步研究表明：在缺氧条件下，厌氧氨氧化菌可以利用氨氮或羟氨作电子供体将亚硝酸盐或二氧化氮还原，NH2OH和NH2HN2等为重要的中间产物，并提出可能的两种酶系反应途径。最近T.Dalagaard等人研究发现，ANAMMOX菌比人们想象中更普遍的存在于自然水体中，在海洋沉积物、海冰及一些缺氧水柱中都发现了此菌，他们在自然水体中的固氮作用中扮演重要角色。
6.2国内研究概况
近年来ANAMMOX也成为国内研究的热点之一。许多学者已经利用普通污泥成功启动了厌氧氨氧化反应，并获得了较好的去除效果。浙江大学的郑平等利用气升式反应器，通过挂膜系统经过220d的研究成功启动了反应；清华大学的左剑恶等人UASB反应器，分别接种普通厌氧和好养污泥各自经过320d和264d培养，成功启动了反应；北京环境科学研究院的杜兵等利用推流式絮体生物反应器经4
个月成功启动了试验；华南理工大学的周少奇等接种处理垃圾填埋场渗滤液SBR 工艺中的活性污泥，经过56d的驯化，成功启动了实验，使启动反应的时间大大缩短；郑平等对厌氧氨氧化反应器的快速启动方法做了研究，表明接种颗粒污泥有利于厌氧氨氧化颗粒污泥的形成，可以缩短启动时间。我国的学者还在其它方面做了一些研究，浙江大学的郑平、冯孝善等人对厌氧氨氧化菌的基质特性、电子受体及流化床反应器的性能等作了较深层次的研究；北京工业大学的张树德等人对电子受体亚硝酸盐对厌氧氨氧化的影响做了研究；华南理工大学的周少奇等对厌氧氨氧化的微生物反应机理作了深入的研究。
6.3展望
国内学者通过接种合适的污泥加速厌氧氨氧化的启动方面的研究已经取得了很大进展，但是此工艺在实际工程中的应用实例还是很少，主要因为此菌种活性最高的时候要求温度较高（37℃~43℃），由于生物产率极低，因此需要较大的反应器来延长水力停留时间，再加上在有效富集厌氧氨氧化菌以便更稳定的运行此工艺方面还存在一定的问题，希望学者们在这些方面能做进一步深入的研究。
结语
厌氧氨氧化工艺，尤其是与短程硝化工艺结合解决了传统的脱氮工艺中许多问题，该工艺在不需添加有机质和酸碱中和剂，而且在减少氧气消耗的情况下实现了废水的生物脱氮，前景喜人。但是此生物反应过程中的一些机理还不清楚，一些操作运行条件还需进一步优化，而且实际废水的基质成分复杂，在较为复杂的基质中厌氧氨氧化菌能否很好的发挥作用对我们来说还是一个问号，因此对此工艺还需要进一步深入的研究，以便更好的应用于废水的生物脱氮处理中。
厌氧氨氧化研究进展及应用
目前，随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，含氮化合物的排放量急剧增加，引起了严重的水体环境污染和水质量富营养化问题，许多湖泊水体已不能发挥其正常功能而影响了工农业和渔业生产[1,2]，如近期的太湖、巢湖由于氮污染而大面机爆发蓝藻导致湖泊水质严重下降。传统的脱氮广泛采用硝化和反硝化技术来处理，但用它来处理高氨氮、低C/N比的废水时，耗能大（硝化曝
气）且需要外加有机碳源和投加碱中和硝化过程产生的酸，使投资和运行费用大大增加[3]。因此, 研究人员长期以来一直在积极探索和开发新型的生物脱氮工艺, 以便能快速、高效去除废水中的氨氮。其中厌氧氨氧化由于是自养的微生物过程、不需要外加碳源以及反硝化、污泥产率低等特点正成为国内外学者研究的热点问题[4]。
1 厌氧氨氧化反应机理
1977 年，Broda[5]根据热力学反应自由能计算，推测自然界中可能存在两种自养
微生物将NH
4+氧化成N
2
。1994年，Mulder等[6]发现荷兰Delft大学一个污水脱氮
流化床反应器存在NH
4+消失，且随NH
4
+和NO
3
-的消耗，有N
2
生成。随后的实验通
过氮平衡和氧化还原平衡证实发生了以NH
4+作电子供体、NO
3
-为电子受体的氧化
还原反应
3NO
3- + 5NH
4
+—— N
2
+ 9H
2
O + 2H+ ΔG0 = —297 kJ ·mol–1
从而证实了Broda的推测。1997年, vande Graaf等[7]通过15N标记实验发现，
厌氧氨氧化是以NO
2-而不是NO
3
-为电子受体，ANAMMOX反应式应为
NO
2- + NH
4
+—— N
2
+ 2H
2
O ΔG0 = —358 kJ ·mol-1
15N 标记实验还显示羟胺和联氨ANAMMOX反应的重要代谢中间产物，而且有少量
的NO
2-转化为NO
3
-。羟胺可能来自NO
2
-，联氨转化为N
2
的过程被假定为给NO
2
-还
原成羟胺提供电子。由NO
2-生成NO
3
-可能是为了给厌氧氨化菌固定碳提供电子[7]。
转化过程中，通过氮平衡计算出NH
4+和NO
2
-的去除，并且产生部分NO
3
-的比率为
NH
4+∶NO
2
-∶NO
3
-= 1∶1.32∶0.26[8]。同位素13 C研究表明，ANAMMOX菌利用相
同的途径来固定碳，可能是卡尔文循环和乙酰辅酶A 途径[9]。
厌氧氨氧化可能的代谢途径如图1
Fig 1 Possible metabolic pathway for ANAMMOX
2 ANAMMOX菌特性
微传感器研究显示，自然界和人工生态系统的许多缺氧、好氧界面上，如土壤干湿界面[10]、海底缺氧环境[11,12]、海湾[13]都有ANAMMOX发生。而且，有关废水处理系统中大量氮素损失的报道也在不断增加，都说明ANAMMOX 菌大量存在[14]。
厌氧氨氧化反应的优势菌种是革兰氏阴性光损性球状菌，专性厌氧，与pH为7.4
的20mmol/L的K
2HPO
4
/KH
2
PO
4
缓冲剂和2.5%的戊二醛混合后，在电子显微镜下呈
不规则形态，与浮霉状菌（Planctomycetals）序列的成员有3点共性：内部细胞区域化；细胞壁上存在漏斗状结构；膜上有不同寻常的脂质。16SRNA的分析说明，厌氧氨氧化反应的代表微生物最可能为Brocadia Anammoxidan并确认是Planctomycetals序列中自养菌的一个新成员[15]。由于厌氧氨氧化菌增长速度非常慢(倍增时间为11d) ,厌氧氨氧化菌的培养需要非常有效的生物质停留[16,17 ]。通过优化的Percoll密度梯度离心可以得到厌氧氨氧化菌的富集物[18,19]。目前已经发现5个属的厌氧氨氧化菌，最早发现的厌氧氨氧化菌被临时定名为Candidatus“Brocadia anammoxidans”[20,21]，后来发现了另外四个种：Candidatus“Kuenenia stuttgartiensis”[22]、Candidatus“Scalindua sorokiinii”[19,23]、Candidatus“Scalindua brodae”[24]、
Candidatus“Scalindua wagneri”[24]。
现已从厌氧氨氧化菌细胞质内分离出某种可能是厌氧氨氧化发生场所的细胞器，并定名为厌氧氨氧化体（anammoxosome）[2]。有观点认为，厌氧氨氧化体的功能是处置厌氧氨氧化的中间产物—联氨[25]。Jetten等认为厌氧氨氧化体是一个多功能的细胞器，可能与细胞分裂、DNA复制以及其他生理活动有关[26]。
目前为止，国际上厌氧氨氧化菌主要出自Delft大学微生物技术实验室。厌氧氨氧化菌的培养需在无光、无氧条件下进行。根据厌氧氨氧化过程的特点，实际工程中的接种来源主要有厌氧消化污泥和好氧硝化污泥。赵宗升等认为工程中的厌氧氨氧化过程以接种好氧硝化污泥更为有利[27]。
3 ANAMMOX研究现状及应用
基于ANAMMOX原理，目前已开发的工艺主要有3种：SHARON ( single reactor for high activity ammonia removal over nitrite )ANAMMOX工艺[28]、OLAND （限氧自养硝化-反硝化，oxygen limited autotrophic nitrification and denitrification）工艺[29]、单相CANON工艺[30](基于亚硝酸盐的完全自养脱氮，completely autotrophic nitrogen removal over nitrite)。这几个新工艺的研究目前主要还处于实验室研究阶段[14]，少量应用到了实际中。
3.1 两相SHARON-ANAMMOX工艺
SHARON-ANAMMOX工艺是荷兰Delft大学2001年开发的一种新型的脱氮工艺。基本原理是在两个反应器内，先在一个反应器内有氧条件下，利用氨氧化细菌将氨
氧化生成NO
2-；然后在另一个反应器缺氧条件下，以NH
4
+为电子供体，将NO
2
-反
硝化，即ANAMMOX 工艺[14]。SHARRON 和ANAMMOX连用，仅需将50%的氨转化为
NO
2-，不仅不需要投加NO
2
-，而且由于大多数厌氧出水中含有以重碳酸盐存在的
碱度可以补偿硝化所造成的碱度消耗，因而无需投加碱度物质。荷兰Delft大学采用SHANRON- ANAMMOX工艺处理污泥消化液上清液的研究表明：在不控制SHANRON反应器pH值、进水总氮负荷为0.8 kg/(m3·d)的条件下，上清液中的
氨被转化为NO
2-产生的NO
3
-占总硝态氮的11%。所产生的氨和NO
2
-混合液适合于
ANAMMOX工艺的脱氮处理, 氮的总去除率达到83%[4]。
世界上第一座生产性Sharon反应器已于1998年10月开始在荷兰DOKHAVEN 污水处理厂运行，世界上第一座Anammox反应塔也于2002年6月在该厂投入使用，主要用于处理污泥硝化液[31]。
3.2 OLAND工艺
OLAND工艺是1998年由比利时根特大学微生物生态实验室开发研制的，是部分硝化与厌氧氨氧化相耦联的生物脱氮反应系统。该工艺通过限氧调控(溶解氧0.1～0.3 mg·L -1)实现了硝化阶段亚硝酸盐的稳定积累，并实现了生物脱氮在较低温度(22～30℃)下的稳定运行[14]。该工艺氧耗量小，比传统的硝化/反硝化
工艺节省供氧62.5%，不需外加碳源，对总氮的去除效率相当高[50mg TN/(L·d)] [15]。
张丹等[32]采用两阶段OLAND处理高氨氮、低COD的废水，应用内浸式多聚醚砜中空膜，实现了污泥的完全截留，阻止了生物量的大量洗脱，并通过控制溶解氧在0.1～0.3 mg·L -1之间，实现了硝化阶段出水中氨氮与亚硝态氮浓度的比例达到最适值，从而为第二阶段的厌氧氨氧化提供理想的进水，进而获得较高的脱氮率。限氧自养硝化-反硝化生物脱氮系统的一体化生物膜RBC反应系统已经在比利时安特卫普污水处理厂进行中试，运行效果比较理想[31]。
3.3 CANON工艺
CANON工艺首先由于荷兰Delft大学提出。基本原理是在亚硝酸盐和氨氮同时存在的条件下，通过控制溶解氧,利用自养型的ANAMMOX细菌将氨和亚硝酸盐同时去除，产物为氮气，另外还伴随产生少量硝酸盐，由于参与反应的微生物属于自养型微生物，因此CANON工艺不需要碳源。另外由于CANON工艺只需要硝化50%的氨氮，硝化步骤只需要控制到亚硝化阶段，因此可以节约碱度50%。CANON工艺在限氧条件下进行，因此可以节约供氧量，理论上可节约供氧62.5%。
深圳市下坪固体废弃物填埋场渗滤液处理厂通过SBR反应器实现CANON工艺，发
+/ 现溶解氧控制在1mg/L左右，进水氨氮<800mg/L，氨氮负荷< 0.46 kg NH
4 (m3·d)的条件下，氨氮的去除率>95%，总氮的去除率>90%[33]。
4 结语
与其他脱氮工艺相比较，厌氧氨氧化实现了氨氮的短途径转化，具有不需要外加电子供体、大幅度减少供氧能耗及运行中产酸少，产碱量可降至为零，产泥少等优点，具有极大的优越性。但目前ANAMMOX工艺的研究大部分停留在实验室小试阶段，缺乏大规模的实际工程的实践检验。此外厌氧氨氧化对与生活污水的研究尚未深入，接种污泥来源与缩短反应器启动时间、工艺参数和运行的边界条件的控制问题有待进一步探讨和研究。
厌氧氨氧化工艺处理高盐含氮废水的研究
沿海地带是每个国家的主要工业基地。使用海水作为工业水源或天然气开采废水以及城市垃圾渗滤液中,含氮废水含有高浓度盐分。厌氧氨氧化是除去氮的关键技术之一,因为厌氧氨氧化细菌繁殖周期长,细菌量倍增速度慢,在不适宜的条件下,细菌的死亡率高于生长率。如何在高盐分下保持细菌活性的同时,具有高的除氮效率,是目前生物工程领域中重要的研究课题。试验采用复合材料无纺布作为颗粒污泥的载体,研究了在高盐浓度条件下,细菌保持较高的活性并且具有理想的总氮负荷除去率。
1 试验废水、材料及设备
本试验研究用水取自日本千叶县天然气生产公司。废水中盐度、氨氮和pH值的平均值分别为:30 g/L、 210 mg/L和6.9。该废水经过部分亚硝化处理后的出水作为本试验的进水,试验用水水质见表1。本试验装置采用上流式固定床反应器,总高度60 cm,内径18 cm,有效容积2.8 L,内填充无纺布填料(日本Vilene,US 专利5,185,415;1993),形状见图1。反应器通过外层水套的加热设施来调节温度在27℃~33℃之间。如图2 所示。接种污泥初始MLVSS为0.7 g/L。试验过程中以盐度划分为7个阶段(表2)。整个实验过程中,保持水力停留时间2.92 h不变,通过增加进水总氮浓度来提高负荷。在不同实验阶段盐度的变化通过加入自来水稀释进行调整。
浅谈厌氧氨氧化及其工艺的研究 摘要厌氧氨氧化工艺是生物脱氮领域里不断发展起来的新工艺。由于厌氧氨氧化生物脱氨技术在经济方面的优势，成为近来研究的热点。目前，我国对该技术的研究主要处于实验室小试阶段，缺少中试及以上规模厌氧氨氧化工程的实际应用。综述列举了厌氧氨氧化工艺的应用及出现的一些问题，从而为该技术更深入的研究奠定了基础，同时对该技术的进一步发展提出了展望。 关键词厌氧氨氧化；SHARON／ANAMMOX；OLAND；前景 目前，随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，含氮化合物的排放量急剧增加，引起了严重的水体环境污染和水质富营养化问题，许多湖泊水体已不能发挥其正常功能进而影响了工农业和渔业生产。近年来，国内外学者一直在寻找一种低能耗、高效率的新型生物脱氮技术。就目前情况而言，厌氧氨氧化由于是自养的微生物过程、不需要外加碳源以及反硝化、污泥产率低，成为国内外学者研究的热点问题。 1厌氧氨氧化原理 厌氧氨氧化反应是由奥地利理论化学家Engelbert Broda在1977年根据反应的自由能计算而提出的。后来在荷兰Delft技术大学一个中试规模的反硝化流化床中发现了ANAMMOX工艺。厌氧氨氧化是指在厌氧或缺氧条件下，微生物直接以NH4+作为电子供体，以NO3-或NO2-作为电子受体，将NH4+、NO3-或NO2-转变成N2的生物氧化过程。反应方程式如下： NH4++0.85O2→0.435N2+0.13N03-+1.3H2O+1.4H+ （1） ANAMMOX工艺在发生反硝化反应时不需外加碳源。因为反应所产生的吉布斯自由能能够维持自养细菌的生长，这一现象是摩德尔等对使用硫化物作电子供体的流化床反应器中自养菌反硝化运行工况进行仔细观测和研究发现的。 1）存在的问题。厌氧氨氧化工艺启动缓慢，世界上第一座生产性装置的启动时间长达3.5年，过长的启动时间是其工程应用的重大障碍。 厌氧氨氧化菌为自养菌，以CO2为碳源，无需有机物，因此厌氧氨氧化工艺适于处理C/N值较低的含氮废水。在大多数的实际废水中，有机物往往与氨氮共存，不利于厌氧氨氧化菌的生长。厌氧氨氧化的基质为氨和亚硝酸盐，均具毒性，尤以亚硝酸盐毒性更大。厌氧氨氧化工艺的运行稳定性是其工程应用必须解决的重大难题。 2）解决的方法。研究证明，厌氧氨氧化工艺的启动过程依次呈现菌体自溶、活性迟滞、活性提高和活性稳定等4个阶段。为此可采取如下控制对策：①在菌体自溶阶段，消除接种物中的残留有机物，控制反硝化所致的pH过高；②在活
厌氧氨氧化工艺如何处理污水 1 引言 随着科技的迅速发展，工业化和城市化程度的不断提高，水体富营养化的问题日益严重，使得水资源更加紧张.而氮是引起水体富营养化的主要因素.所以越来越多的国家和地区制定了氮排放标准.因此，研究开发经济、高效的脱氮技术已成为水污染控制工程领域的研究重点. 生物处理法作为19 世纪末废水处理新型技术，与物化处理法相比具有处理费用低，不会对环境造成二次污染等优点.因此，生物处理法至今已成为世界各国污水二、三级处理的主要手段.众所周知氮元素可在相应微生物的作用下转化成各种氧化态和化学形式(目前已知的生物氮循环途径如图 1所示)，因此在污水生物脱氮处理中衍生了大量组合工艺.而厌氧氨氧化过程是目前最捷径的生物脱氮过程，因此被誉为最具前景的污水脱氮工艺.为了更好的将厌氧氨氧化工艺应用到实际规模中，本文着重对厌氧氨氧化菌的发现及其与污水处理中常见细菌的协同与竞争关系进行了详细的综述.旨在为厌氧氨氧化工艺在污水生物处理中的应用提供理论依据，并为今后厌氧氨氧化工艺的研究方向提出一些意见. 图 1 氮循环示意图 2 厌氧氨氧化概述 早在1976年，Broda预言在自然界中存在一种以NO-2或NO-3作为电子受体把NH+4氧化成N2的化能自养型细菌.直到1995年，Mulder等处理酵母废水的反硝化流化床反应器内发现了NH+4消失的现象，从而证实了厌氧氨氧化反应的存在. 厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation，Anammox)是在缺氧条件下以亚硝酸盐(NO-2)为电子受体将氨(NH+4)转化成氮气(N2)，同时伴随着以亚硝酸盐为电子供体固定CO2并产生硝酸盐(NO-3)的生物过程.执行该过程的微生物称之为厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonium oxidation bacteria，AAOB)，其化学计量学方程式如下： 1NH+4+1.32NO-2+0.066HCO-3+0.13H+→ 1.02N2+0.26NO-3+0.066CH2O0.5N0.15+ 2.03H2O
厌氧氨氧化的反应器 一、全球运行的厌氧氨氧化的工程实例 表1-2 全球运行的厌氧氨氧化工程实例 Table 1-2 Application of ANAMMOX in the world SHARON-ANAMMOX工艺由荷兰TU Delft大学研究开发，该工艺流程分成两段，第一段是在好氧反应器中将一半的NH4+转化为NO2-，第二段是在厌氧反应器中将剩余的NH4+和NO2-一起直接转化为N2。
图1-7短程硝化与厌氧氨氧化结合工艺流程 Figure1-7The combined SHARON-ANAMMOX process 二、SHARON-ANNOMMOX工艺反应器资料 AN A MM OX的生化反应式为: 因此AN A MM OX反应器进水要求有氨氮和亚硝氮且比例最好为1:1。而S H AR ON工艺的生化反应式为： SHARON（短程反硝化）反应装置 SHARON常用SBR、CSTR反应装置
SHARON（短程反硝化）反应条件控制 （1）当溶解氧(DO)浓度在1.1-1.5mg/L、氨氮负荷0.029kgNH4+--N/KgVSS.d 和PH 值在7.3-7.8时，可以使亚硝酸盐得到稳定积累，出水亚硝态/总硝态氮大于90%，出水NO2--N/NH4+-N接近1.0，满足厌氧氨氧化的进水要求。（2）实现短程硝化的关键是在硝化阶段实现NO2--N的积累，国内外的研究都是着眼于积累NO2--N的控制条件。根据国内外文献报道，SHARON工艺的操作温度以30~35℃为宜，pH适应控制在7.4~8.3之间，溶解氧浓度己控制在1.0~1.5mg/L范围，供氧方式可采用间歇曝气。基质中游离氨浓度调控在5~10mg/L范围内有利于实现短程硝化，污泥(以VSS计)氨负荷为 0.02~1.67kg/(kg·d)，泥龄在1~2.5天。 （3）大量国内外试验表明，在废水温度较高、Do较低条件下，利用亚硝酸菌和硝酸菌的不同生长速度，通过控制水力停留时间，将生长速率较慢的硝酸菌冲走，使亚硝酸菌大量积累，可以使短程反硝化成功运行。 ANNOMMOX反应器
一、世界Anammox的工程应用概述 （2016.12.19生物工程学报）厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation，ANAMMOX)工艺因其高效低耗的优势，在废水生物脱氮领域具有广阔的应用前景。在过去的20年中，许多基于ANAMMOX反应的工艺得以不断研究和应用。综述了各种形式的ANAMMOX工艺，包括短程硝化-厌氧氨氧化、全程自养脱氮、限氧自养硝化反硝化、反硝化氨氧化、好氧反氨化、同步短程硝化-厌氧氨氧化-反硝化耦合、单级厌氧氨氧化短程硝化脱氮工艺。对一体式和分体式工艺运行条件进行了比较，结合ANAMMOX工艺工程(主要包括移动床生物膜，颗粒污泥和序批式反应器系统)应用现状，总结了工程化应用过程中遇到的问题及其解决对策，在此基础上对今后的研究和应用方向进行了展望。今后的研究重点应集中于运行条件的优化和水质障碍因子的解决，尤其是工艺自动化控制系统的开发和特殊废水对工艺性能影响的研究。 厌氧氨氧化(Anaerobicammonium oxidation，ANAMMOX) 工艺，最初由荷兰Delft工业大学于20 世纪末开始研究，并于本世纪初成功开发应用的一种新型废水生物脱氮工艺。它以20 世纪90 年代发现的ANAMMOX 反应(1) 为基础，该反应在厌氧条件下以氨为电子供体，亚硝酸盐为电子受体反应生成氮气，在理念和技术上大大突破了传统的生物脱氮工艺。ANAMMOX 工艺具有脱氮效率高、运行费用低、占地空间小等优点，在污水处理中发展潜力巨大。目前该工艺在处理市政污泥液领域已日趋成熟，位于荷兰鹿特丹Dokhaven 污水厂的世界上首个生产性规模的ANAMMOX 装置容积氮去除速率(NRR) 更是高达9.5 kg N/(m3·d)。此外，ANAMMOX 工艺在发酵工业废水、垃圾渗滤液、养殖废水等高氨氮废水处理领域的推广也逐步开展，在世界各地的工程化应用也呈星火燎原之势。 本文介绍了不同形式的ANAMMOX 工艺，通过比较其运行条件，并结合ANAMMOX 工艺工程应用现状，总结了该工艺工程化应用面临的问题和解决对策，在此基础上对今后的研究和应用方向进行了展望。
厌氧氨氧化作用即在厌氧条件下由厌氧氨氧化菌利用亚硝酸盐为电子受体，将氨氮氧化为氮气的生物反应过程。这种反应通常对外界条件（pH值、温度、溶解氧等）的要求比较苛刻，但这种反应由于不需要氧气和有机物的参与，因此对其研究和工艺的开发具有可持续发展的意义。 厌氧氨氮化一般前置短程硝化工艺，将废水中的一部分氨氮转化成亚硝酸盐。目前在处理焦化废水、垃圾渗滤液等废水方面已经有成功的运用实例。 厌氧氨氧化是一个微生物反应，反应产物为氮气。具有一些优点：由于氨直接作反硝化反应的电子供体，可免去外源有机物(甲醇)，既可节约运行费用，也可防止二次污染；由于氧得到有效利用，供氧能耗下降；由于部分氨没有经过硝化作用而直接参与厌氧氨氧化反应，产酸量下降，产碱量为零，这样可以减少中和所需的化学试剂，降低运行费用，也可以减轻二次污染。 厌氧氨氧化反应是一种化能自养的古菌（俗称Anammox）的反应。简单式为：1NH4+ + 1NO2- → N2 + 2H2O。如果在化学方程式里加入微生物本身，则为：1NH4+ + 1.32NO2- + 0.066 HCO3- + 0.13H+ → 1.02N2 + 0.26 NO3- + 0.066 CH2O0.5N0.15 + 2.03H2O 该古菌为自养型，只需无机碳源CO2，并且在全球碳循环过程中发挥着很重要的作用。在目前污水的氨氮处理上被广为看好。但是由于亚硝酸根含量在大部分污水是不够显著的，所以anammox技术要结合其他技术来使用，比如已经在荷兰鹿特丹投产的Sharon+anammox工艺，就是结合了短程硝化和厌氧氨氧化工艺，还是比较成功的。 利用混合污泥培养厌氧氨氧化颗粒污泥
厌氧氨氧化（ANAMMOX）和全程自养脱氮(CANON) 【格林大讲堂】 厌氧氨氧化是指在厌氧条件下氨氮以亚硝酸盐为电子受体直接被氧化成氮气的过程。 厌氧氨氧化（Anaerobicammoniaoxidation，简称ANAMMOX）是指在厌氧条件下，以Planctomycetalessp为代表的微生物直接以NH4+为电子供体，以NO2-或NO3-为电子受体，将NH4+、NO2-或NO3-转变成N2的生物氧化过程。 武汉格林环保有完善的服务体系和配套的专业环境工程团队，秉着崇高的环保责任和义务长期维护提供免费的污水处理解决方案，是湖北省工业废水运营管理行业中的品牌。18年来公司设计并施工了上百个交钥匙式的污水处理工程。 该过程利用独特的生物机体以硝酸盐作为电子供体把氨氮转化为N2，最大限度的实现了N的循环厌氧硝化，这种耦合的过程对于从厌氧硝化的废水中脱氮具有很好的前景，对于高氨氮低COD的污水由于硝酸盐的部分氧化，大大节省了能源。目前推测厌氧氨氧化有多种途径。 其中一种是羟氨和亚硝酸盐生成N2O的反应，而N2O可以进一步转化为氮气，氨被氧化为羟氨。另一种是氨和羟氨反应生成联氨，联氨被转化成氮气并生成4个还原性[H]，还原性[H]被传递到亚硝酸还原系统形成羟氨。第三种是：一方面亚硝酸被还原为NO，NO被还原为N2O，N2O再被还原成N2；另一方面，NH4+被氧化为NH2OH，
NH2OH经N2H4，N2H2被转化为N2。 厌氧氨氧化工艺的优点：可以大幅度地降低硝化反应的充氧能耗；免去反硝化反应的外源电子供体；可节省传统硝化反硝化反应过程中所需的中和试剂；产生的污泥量极少。厌氧氨氧化的不足之处是：到目前为止，厌氧氨氧化的反应机理、参与菌种和各项操作参数不明确。 全程自养脱氮的全过程实在一个反应器中完成，其机理尚不清楚。Hippen等人发现在限制溶解氧（DO浓度为0.8·1.0mg/l）和不加有机碳源的情况下，有超过60%的氨氮转化成N2而得以去除。 同时通过实验证明在低DO浓度下，细菌以亚硝酸根离子为电子受体，以铵根离子为电子供体，最终产物为氮气。有实验用荧光原位杂交技术监测全程自养脱氮反应器中的微生物，发现在反应器处于稳定阶段时即使在限制曝气的情况下，反应器中任然存在有活性的厌氧氨氧化菌，不存在硝化菌。有85%的氨氮转化为氮气。鉴于以上理论，全程自养脱氮可能包括两步第一是将部分氨氮氧化为烟硝酸盐，第二是厌氧氨氧化。
论厌氧氨氧化工艺的应用进展 本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！ 厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation，Anammox)工艺因其无需外加有机碳源、脱氮负荷高、运行费用低、占地空间小等优点，已被公认为是目前最经济的生物脱氮工艺之一。近年来，国内外对厌氧氨氧化工艺的研究取得了大量的实验室成果。但是，一方面由于厌氧氨氧化菌(anaerobicammonium oxidizing bacteria，AnAOB)生长缓慢(倍增时间长达11 天)、细胞产率低[m(VSS)/m(NH4+-N)=/g)、对环境条件敏感，另一方面由于实际废水成分复杂，常含有AnAOB 的抑制物质，限制了厌氧氨氧化工艺在实际工程中的大规模应用。因此，有必要对近年来国内外厌氧氨氧化工艺的应用实例和经验进行系统总结，推动该工艺的进一步工业化应用，使之在污水脱氮处理领域发挥更积极的作用。本文介绍了AnAOB 的生物多样性和厌氧氨氧化工艺形式的多样性，重点综述了厌氧氨氧化技术在处理各类废水中的实验室研究和工程应用情况。 1 厌氧氨氧化菌生物多样性
迄今为止，已发现的AnAOB 有6 属18 种，构成了独立的厌氧氨氧化菌科(Anammoxaceae)，并且AnAOB 广泛存在于自然生态系统中，如海洋沉积物、淡水沉积物、油田、厌氧海洋盆地、氧极小区、红树林地区、海洋冰块、淡水湖以及海底热泉等。AnAOB 的生态分布多样性是由自身的代谢多样性决定的，也正因如此，厌氧氨氧化在全球氮素循环中扮演重要角色，将其应用于不同水质含氮废水的治理也具有与生俱来的优势和不可估量的潜力。 2 厌氧氨氧化工艺形式多样性 基于厌氧氨氧化原理的工艺形式纷繁多样，包括分体式(两级系统)和一体式(单级系统)两种。一体式有CANON(completely autotrophic nitrogenremoval over nitrite)、OLAND(oxygen limitedautotrophic nitrification and denitrification)、DEAMOX(denitrifying ammonium oxidation)、DEMON(aerobic deammonification)、SNAP(simultaneous partial nitrification，anammox anddenitrification)、SNAD(single-stage nitrogen removalusing anammox and partial nitritation)等工艺;分体式主要有SHARON(single reactor for high activityammonia removal over nitrite)-anammox 工艺。随着工程经验越来越丰富，一体化系统正日益得到青
厌氧氨氧化 厌氧氨氧化作用即在厌氧条件下由厌氧氨氧化菌利用亚硝酸盐为电子受体，将氨氮氧化为氮气的生物反应过程。这种反应通常对外界条件（pH 值、温度、溶解氧等）的要求比较苛刻，但这种反应由于不需要氧气和有机物的参与，因此对其研究和工艺的开发具有可持续发展的意义。 厌氧氨氮化一般前置短程硝化工艺，将废水中的一部分氨氮转化成亚硝酸盐。目前在处理焦化废水、垃圾渗滤液等废水方面已经有成功的运用实例。 厌氧氨氧化是一个微生物反应，反应产物为氮气。具有一些优点：由于氨直接作反硝化反应的电子供体，可免去外源有机物(甲醇)，既可节约运行费用，也可防止二次污染；由于氧得到有效利用，供氧能耗下降；由于部分氨没有经过硝化作用而直接参与厌氧氨氧化反应，产酸量下降，产碱量为零，这样可以减少中和所需的化学试剂，降低运行费用，也可以减轻二次污染。 厌氧氨氧化（Anammox) 厌氧氨氧化的发现 Broda的预言 1977年，奥地利理论化学家Broda根据化学反应热力学，预言自然界存在以硝酸盐或亚硝酸盐为氧化剂的氨氧化反应，因为与以氧为氧化剂的氨氧化反应相比，它们释放出的自由能一点也不逊色。 序号电子受体化学反 应ΔG/（KJ/mol) 1 氧2NH4++3O2→ 2NO2-+2H2O+4H+ -241 2 亚硝酸盐 NH4++NO2-→ N2+2H2O -335 3 硝酸盐 5NH4++3NO3-→ 4N2+9H2O+2H+ -278 既然自然界存在自养型亚硝化细菌，能够催化反应1，那么理论上也应该存在另
一种自养型细菌，能够催化反应2和反应3。由于当时这种细菌还没有被发现，所以，Broda 认为它们是隐藏于自然界的自养型细菌。 Mulder的发现 20世纪80年代末，荷兰Delft工业大学开始研究三级生物处理系统。在试运期间，Mulder等人发现，生物脱氮流化床反应器除了进行人们所熟知的反硝化外，还进行着人们未知的某个反应使氨消失了。进一步观察发现，除了氨不明去向外，硝酸盐和亚硝酸盐也有一半以上不明去向。 而且伴随着氨与硝酸盐（亚硝酸盐）的消失，产气率大幅度提高，气体中的最主要的成分为N2。 对生物脱氮流化床反应器所做的氮素和氧化还原平衡发现，氨与硝酸盐之间的反应基本上按照反应3所预期方式进行。理论值与实测值非常接近。 为了对这一反应结果进行确认，Mulder等人进一步做了分批培养实验。实验证明，氨确实与硝酸盐同步转化；硝酸盐耗尽时，氨转化也停止；添加硝酸盐后，氨转化继续进行。伴随氨和硝酸盐的转化，累计产气量增加；转化停止时，累计产气量不变。气体的主要成分是N2。 至此，Mulder等人认为，生物脱氮流化床反应器中的氨和硝酸盐转化是按Broda 所预言的方式进行的，并将其称为厌氧氨氧化。 厌氧氨氧化的反应机理 Graff等采用15N的示踪实验研究表明，Anammox是通过生物氧化的途径实现的，过程中最可能的电子受体是羟胺（NH2OH），并推测出其代谢途径： 厌氧氨氧化菌首先将NO2-转化成NH2OH，再以NH2OH为电子受体将NH4+氧化生成N2H4；N2H4转化成N2，并为NO2-还原成NH2OH提供电子；实验中有少量NO2-被氧化成NO3-。 厌氧氨氧化涉及的化学反应为： NH2OH + NH3 → N2H4 + H2O N2H4 → N2 + 4[H] HNO2 + 4[H] → NH2OH + H2O 厌氧氨氧化工艺的技术要点 Anammox工艺的关键是获得足量的厌氧氨氧化菌，并将其有效地保持在装置内，
厌氧氨氧化（Anammox) 一、厌氧氨氧化的发现 1977年，奥地利理论化学家Broda根据化学反应热力学，预言自然界存在以硝酸盐或亚硝酸盐为氧化剂的氨氧化反应，因为与以氧为氧化剂的氨氧化反应相比，它们释放出的自由能一点也不逊色。 序号电子受体化学反应ΔG/（KJ/mol) 1、氧2NH4++3O2→2NO2-+2H2O+4H+ -241 2、亚硝酸盐NH4++NO2-→N2+2H2O -335 3、硝酸盐5NH4++3NO3-→4N2+9H2O+2H+ -278 既然自然界存在自养型亚硝化细菌，能够催化反应1，那么理论上也应该存在另一种自养型细菌，能够催化反应2和反应3。由于当时这种细菌还没有被发现，所以，Broda认为它们是隐藏于自然界的自养型细菌。 20世纪80年代末，荷兰Delft工业大学开始研究三级生物处理系统。在试运期间，Mulder等人发现，生物脱氮流化床反应器除了进行人们所熟知的反硝化外，还进行着人们未知的某个反应使氨消失了。进一步观察发现，除了氨不明去向外，硝酸盐和亚硝酸盐也有一半以上不明去向。而且伴随着氨与硝酸盐（亚硝酸盐）的消失，产气率大幅度提高，气体中的最主要的成分为N2。 对生物脱氮流化床反应器所做的氮素和氧化还原平衡发现，氨与硝酸盐之间的反应基本上按照反应3所预期方式进行。理论值与实测值非常接近。 为了对这一反应结果进行确认，Mulder等人进一步做了分批培养实验。实验证明，氨确实与硝酸盐同步转化；硝酸盐耗尽时，氨转化也停止；添加硝酸盐后，氨转化继续进行。伴随氨和硝酸盐的转化，累计产气量增加；转化停止时，累计产气量不变。气体的主要成分是N2。 至此，Mulder等人认为，生物脱氮流化床反应器中的氨和硝酸盐转化是按Broda所预言的方式进行的，并将其称为厌氧氨氧化。 二、厌氧氨氧化的反应机理
厌氧氨氧化技术生物脱氮机理 摘要：在过去一个多世纪中，传统的废水生物脱氮技术硝化-反硝化工艺得到了非常广泛的应用，随着生物技术的发展，涌现出很多新型的废水生物脱氮技术，厌氧氨氧化便是其中之一。本文对厌氧氨氧化脱氮技术的作用机理和优缺点进行了分析。 关键词：生物脱氮；硝化；短程硝化；反硝化；厌氧氨氧化 Abstract: The traditional nitrification-denitrification process was widely used in the past century. With the development of biotechnology, many new biological nitrogen removal processes were put forward, such as anaerobic ammonium oxidation. This paper described the mechanisms and strengths-weaknesses of anaerobic ammonium oxidation technology. Keywords: biological nitrogen removal; nitrification; shortcut nitrification; denitrification; anaerobic ammonium oxidation 氮是维持生态系统营养物质循环的一种重要元素，然而由于人类活动对自然生态系统中氮素循环的干扰和破坏，使之成为引起水质恶化、生物多样性降低和生态系统失衡的主要因素之一，已经严重影响了人类正常的生产生活。对于氮素的污染控制己经受到了人们广泛的重视。在废水脱氮技术的研发应用中，各种行之有效的脱氮处理工艺得到了发展，构成了废水脱氮处理的技术体系。物化法除氮以其较为宽泛的适用性在工业废水脱氮中得到广泛发展，而生物法脱氮以低廉的成本、运行的简便等优点受到人们的青睐。 近些年来，随着生物技术的迅猛发展，国内外学者加强了对生物脱氮理论和技术的研究，多种氮转化途径被发现，新的脱氮反应机理被提出，由此产生了生物脱氮理念的革新，厌氧氨氧化生物脱氮便是其中之一[1]。 1 传统生物脱氮的原理 传统废水的生物脱氮是由两个阶段完成的。这条途径也可称之为全程(或完全)硝化—反硝化生物脱氮。 第一阶段为硝化阶段，这一阶段是在好氧条件下由亚硝酸菌和硝化菌等细菌将氨将转化为硝酸盐，其反应可用(1)和(2)式表示： NH4+ + 1.5O2 → NO2- +H2O +2H+(亚硝化过程，好氧) (1) 2NO2- ＋O2 → 2NO3- (硝化过程，好氧) (2)
厌氧氨氧化工艺的影响因素研究 摘要：在稳定运行的厌氧氨氧化滤池基础上，研究了ph、有机物、溶解氧对厌氧氨氧化反应器运行性能的影响。结果表明：高、低ph会明显影响厌氧氨氧化反应器的脱氮性能，最适ph范围为7.65~8.25；一定浓度范围的有机物可以引起滤池内反硝化菌和厌氧氨氧化菌的协同作用，提高滤池的脱氮效果。溶解氧对厌氧氨氧化菌活性的抑制是可逆的。 关键词：厌氧氨氧化，ph，有机物，溶解氧 the study of the factors affecting on anammox process abstract: in this paper, the impacts of ph, organic compound, dissolved oxygen on the anammox reactor performance in the stable operation of anaerobic ammonium oxidation filter. the results indicated: high or low ph could influence the performance of nitrogen removal of the reactor, the appropriate range of ph is 7.65~8.25; a certain concentration of organic compound could improve the denitrification effect because of synergistic effect of denitrifying bacteria and anaerobic ammonium-oxidizing bacteria in the filter; the inhibition of dissolved oxygen on the activity anammox bacteria is reversible. keywords: anaerobic ammonium oxidation; ph; organic compound; dissolved oxygen.
城市污水城市污水厌氧氨氧化厌氧氨氧化厌氧氨氧化生物脱氮研究进展生物脱氮研究进展 唐崇俭，郑 平 (浙江大学 环境工程系，浙江 杭州 310029) 摘 要：厌氧氨氧化菌可在厌氧条件下以亚硝酸盐为电子受体将氨氧化为氮气，是目前废水生物脱氮的研究热 点之一。小试的研究表明，该工艺的容积负荷可高达125kg N/(m 3 ·d)。城市污水处理厂污泥厌氧消化液以及城市 生活垃圾填埋场渗滤液都含有高氨氮浓度以及低有机物浓度，十分适合采用厌氧氨氧化工艺进行处理。目前，生 产性厌氧氨氧化工艺已在荷兰、丹麦和日本等国成功应用于这两类废水的脱氮处理，最大容积氮去除速率高达 9.5kg N/(m 3·d)，显示了该工艺诱人的工程应用前景。本文分析了世界上第一个生产性厌氧氨氧化工艺处理城市 污水厂污泥厌氧消化液的运行情况，论述了厌氧氨氧化工艺在城市污水处理中面临的问题。结合课题组内的研究 结果，提出了一种新型的菌种流加式厌氧氨氧化工艺，并探讨了其在城市污水处理中的作用。 关键关键词词：厌氧氨氧化；城市污水；生物脱氮；工程应用 Application of Anammox Process in Municipal Wastewater Treatment Tang Chongjian, Zheng Ping （Department of Environmental Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China ） Abstract : Under anoxic condition, anaerobic ammonium-oxidizing (Anammox) bacteria can oxidize ammonium to nitrogen gas using nitrite as electron acceptor. It becomes a topic issue on biological nitrogen removal from ammonium-rich wastewater due to some promising advantages such as low operational cost and super high volumetric loading rate. As reported, the nitrogen loading rate reached up to 125 kg N/(m 3·d). Characterized by high ammonium concentration and relatively low biodegradable organic content, the sludge digester liquor from the municipal wastewater treatment plant and the landfill leachate are demonstrated to be very suitable for application of Anammox process to realize high-rate nitrogen removal. The full-scale application of Anammox process has already been applied for nitrogen removal from sludge digester liquor and landfill leachate in The Netherlands, Japan and Denmark with the maximum nitrogen removal rate as high as 9.5 kg N/(m 3·d). Thus, the operation of the first full-scale Anammox reactor treating municipal sludge digester liquor was introduced, and the problems during the application of Anammox process in municipal wastewater treatment were discussed. An innovative Anammox process with sequential biocatalyst addition (SBA-Anammox process) was proposed to overcome the drawbacks and accelerate the application of Anammox process in municipal wastewater nitrogen removal.
兼氧FMBR工艺介绍 1.1 兼氧FMBR工艺原理介绍 兼氧FMBR处理工艺是一种将膜分离技术与生物处理单元相结合的污水处理工艺，近年来倍受关注。兼氧FMBR工艺对生活污水、高浓度有机污水、难降解有机污水具有非常高的处理效率，本项目是生活污水，污水污染物含量高、可生化性好，非常适宜采用本处理工艺。兼氧FMBR系统示意见下图： 图1 兼氧FMBR系统示意图 兼氧FMBR工艺实现菌体共生，同步处理不同污染物，大幅提高系统适应能力、处理效率。 C----有机污泥“零”排放（低能耗） P----气化除磷降解（低能耗） N----厌氧氨氧化脱氮（低能耗） 突破好氧MBR工艺（能耗高、易堵膜）的瓶颈 兼氧FMBR的主要特点： 兼氧FMBR污泥以兼性厌氧菌为主，有机物的降解主要是通过形
成较高浓度的污泥在兼性厌氧性菌作用下完成的。大分子有机污染物是被逐步降解为小分子有机物，最终氧化分解为二氧化碳和水等稳定的无机物质。 由于兼性厌氧菌的生成不需要溶解氧的保证，所以降低了动力消耗。曝气的主要作用是对膜丝进行冲刷、震荡，同时产生的溶解氧正好被用来氧化部分小分子有机物和维持出水的溶解氧值。 a）兼氧FMBR工艺对CODcr的去除 兼性厌氧微生物在有氧的条件下，将污水中的一部分有机物用于合成新的细胞，将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量，其最终产物是CO2和H2O等稳定物质。在合成代谢与分解代谢过程中，溶解性有机物（如低分子有机酸等）直接进入细胞内部被利用，而非溶解有机物则首先被吸附在微生物表面，然后被胞外酶水解后进入细胞内部被利用。 b）兼氧FMBR工艺对氮的去除 在兼氧FMBR处理工艺系统中，兼有通过以下三种途径完成对氮的去除： I硝化-反硝化 膜区曝气气提作用，反应器内形成循环流动，使水在好氧区和缺氧区循环交替流动，形成好氧、缺氧连续交替不断的生物降解作用，在好氧条件下利用污水中硝化细菌将氮化物转化为硝酸盐，然后在缺氧条件下利用污水中反硝化细菌将硝酸盐还原成气态氮。在同一个反应器内实现了硝化反硝化。
城市污水厌氧氨氧化生物脱氮研究进展 唐崇俭，郑平 (浙江大学环境工程系，浙江杭州 310029) 摘要：厌氧氨氧化菌可在厌氧条件下以亚硝酸盐为电子受体将氨氧化为氮气，是目前废水生物脱氮的 研究热点之一。小试的研究表明，该工艺的容积负荷可高达125kg N/(m3·d)。城市污水处理厂污泥厌氧 消化液以及城市生活垃圾填埋场渗滤液都含有高氨氮浓度以及低有机物浓度，十分适合采用厌氧氨氧 化工艺进行处理。目前，生产性厌氧氨氧化工艺已在荷兰、丹麦和日本等国成功应用于这两类废水的 脱氮处理，最大容积氮去除速率高达9.5kg N/(m3·d)，显示了该工艺诱人的工程应用前景。本文分析了 世界上第一个生产性厌氧氨氧化工艺处理城市污水厂污泥厌氧消化液的运行情况，论述了厌氧氨氧化 工艺在城市污水处理中面临的问题。结合课题组内的研究结果，提出了一种新型的菌种流加式厌氧氨 氧化工艺，并探讨了其在城市污水处理中的作用。 关键词：厌氧氨氧化；城市污水；生物脱氮；工程应用 Application of Anammox Process in Municipal Wastewater Treatment Tang Chongjian, Zheng Ping （Department of Environmental Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China） Abstract: Under anoxic condition, anaerobic ammonium-oxidizing (Anammox) bacteria can oxidize ammonium to nitrogen gas using nitrite as electron acceptor. It becomes a topic issue on biological nitrogen removal from ammonium-rich wastewater due to some promising advantages such as low operational cost and super high volumetric loading rate. As reported, the nitrogen loading rate reached up to 125 kg N/(m3·d). Characterized by high ammonium concentration and relatively low biodegradable organic content, the sludge digester liquor from the municipal wastewater treatment plant and the landfill leachate are demonstrated to be very suitable for application of Anammox process to realize high-rate nitrogen removal. The full-scale application of Anammox process has already been applied for nitrogen removal from sludge digester liquor and landfill leachate in The Netherlands, Japan and Denmark with the maximum nitrogen removal rate as high as 9.5 kg N/(m3·d). Thus, the operation of the first full-scale Anammox reactor treating municipal sludge digester liquor was introduced, and the problems during the application of Anammox process in municipal wastewater treatment were discussed. An innovative Anammox process with sequential biocatalyst addition (SBA-Anammox process) was proposed to overcome the drawbacks and accelerate the application of Anammox process in municipal wastewater nitrogen removal. Key words: Anammox; municipal wastewater; biological nitrogen removal; application “十一五”期间，化学需氧量(COD)排放得到有效控制，氨氮已上升为影响地表水质的首要指标。根据分析，氨氮有望在“十二五”被纳入全国主要水污染物排放约束性控制指标，以便有效控制氨氮排放总量，改善目前水质氨氮普遍超标的情况，缓解氮素污染。 我国氨氮排放量远远超出受纳水体的环境容量。据估算，2007年，我国氨氮排放总量约相当
厌氧氨氧化工艺研究进展 路青* 张振贤付秋爽徐伟涛党酉胜 （河北胜尔邦环保科技有限公司，石家庄，050091） 摘要:厌氧氨氧化技术做为一种新型生物脱氮技术,在废水生物脱氮领域具有良好的应用前景.本文简要介绍了厌氧氨氧化技术的原理,分析总结了国内外对厌氧氨氧化工艺运行参数和影响因素的研究状况,比较了不同污泥源、反应器启动厌氧氨氧化运行过程的优缺点,指出了厌氧氨氧化工艺的应用前景. 关键词:厌氧氨氧化;生物脱氮;反应器 Research Progress on Anaerobic Ammonium Oxidation Process QingLu Zhenxian Zhang Qiushuang Fu Weitao Xu Yousheng Dang （Hebei Superior and Federal Environmental Protection Technology co., Ltd.,Shijiazhuang,050091）Abstract: Anaerobic Ammonia oxidation(Anammox) is a promising process of biological nitrogen removal in wastewater treatment. The mechanism of reaction was reviewed in this paper, Various factors involved in the Anammox process were analysed, the main advantages and disadvantages of different sludge ang reactor on the start-up and operation of Anammox process were compared, the further studies were proposed. Key words: Biological nitrogen removal; anaerobic ammonium oxidation; reactor 前言 废水生物脱氮已经成为水污染控制的一个重要研究方向。对于生化性较差的或高浓度含氮废水，传统生物脱氮工艺处理成本较高。目前，国内外对低碳氮比（C/N）废水处理技术的发展趋势是采用厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation，Anammox)技术。基于Anammox 过程的微生物是自养型微生物，无需添加有机碳源、无需氧气参与、产碱量为零、同时还能减轻二次污染，故而成为目前最经济的新型生物脱氮工艺之一。 据报道[1,2]，实验室规模处理模拟废水总氮去除速率最高达26.0 kg/(m3·d)，生产性Anammox 反应器处理垃圾渗滤液，总氮去除速率最高达9.5 kg/(m3·d)。另外，Anammox工艺还具有较高的经济效益，对厌氧消化污泥分离液，若采用物理化学法处理，单位处理费用33～83 $/kg N，采用传统生物脱氮技术（全程硝化—反硝化工艺）处理，单位处理费用估计为17～33 $/kg N，若采用Anammox工艺单位处理费用估计为7～10 $/kg N[1]。 Anammox工艺因所具有经济、高效、无二次污染等优点，受到国内外学者的关注。本文参考国内外相关方面的研究情况，就Anammox机理、启动运行过程中的影响因子、污泥源、Anammox反应器、Anammox工艺应用前景作一综述。 Anammox机理 Anammox技术是以NH4+-N为电子供体、NO2--N为电子受体、羟胺和联氨为关键中间产物及氮气为终产物的生物反应。荷兰Delft工业大学于20世纪90年代初开发出了一种三级生物处理系统。在运行三级生物处理系统期间，Mulde[3]等人在其中的生物脱氮流化床反应器中发现，除了反硝化作用所致的各反应物的正常消失外，NH4+也在此条件下消失。由于NH4+和NO3-的消失同时发生且成正相关，他们认为反应器内存在如下反应： 5NH4++3 NO3-→4N2+9H2O+2H+ △G0= －278kJ/mol Van de Graaf[4]等进一步做了分批试验证实，Anammox的确是一个微生物反应，NH4+和NO3-被同步去除，反应产物为N2。 Van de Graaf[5]等随后通过N15标记的NH4+做研究，证明NO2-才是关键的电子受体的自养生物脱氮反应，其反应式：