謝軍祥，姜瀅，常堯楓，謝嘉瑋，郭萌蕾，陳重軍，2，3

（1 蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇蘇州215009；2 江蘇省環(huán)境科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇蘇州215009；3 江蘇水處理技術(shù)與材料協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇蘇州215009）

城鎮(zhèn)生活污水的深度脫氮，成為遏制水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要途徑之一[1]。采用傳統(tǒng)硝化反硝化脫氮，需經(jīng)歷曝氣硝化和缺氧反硝化前后兩個(gè)過(guò)程，在硝化過(guò)程中大部分有機(jī)物被好氧去除，導(dǎo)致反硝化過(guò)程缺乏有機(jī)碳源。同時(shí)，傳統(tǒng)脫氮的污水處理工藝需要大量曝氣，能耗高，運(yùn)行過(guò)程中釋放大量的溫室氣體，且剩余污泥量大，與當(dāng)今綠色節(jié)能可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì)模式主題相悖。厭氧氨氧化（anaerobic ammonium oxidation，Anammox）是指在厭氧或者缺氧條件下，厭氧氨氧化菌（Anammox bacteria，AnAOB）以亞硝態(tài)氮N） 為電子受體，氧化氨氮為氮?dú)猓∟2）的生物過(guò)程。其優(yōu)勢(shì)在于：①需氧量與傳統(tǒng)相比減少62.5%，可有效降低充氧電耗；②無(wú)需有機(jī)碳源，運(yùn)行費(fèi)用降低；③不涉及異養(yǎng)型的反硝化菌，可大幅度降低剩余污泥產(chǎn)量。另外，Anammox 工藝具有很高的容積效能（以N 計(jì)），最高可達(dá)125kg/(m3·d)，能夠大大降低反應(yīng)器的體積，顯著降低投資費(fèi)用[2]。因此，若Anammox 技術(shù)可應(yīng)用于城鎮(zhèn)污水處理廠脫氮，可顯著降低硝化過(guò)程曝氣量，并降低脫氮有機(jī)碳源的外加量，從而降低處理費(fèi)用。目前，針對(duì)城鎮(zhèn)生活污水處理廠采用Anammox 的處理工藝，主要包括兩種：①側(cè)流工藝，即污泥消化液、壓濾液等部分污水的處理，水量?jī)H占污水廠總進(jìn)水的2%左右，通常水質(zhì)具有高溫高氨氮的特點(diǎn)；②主流工藝，即在城鎮(zhèn)污水處理工藝的主線應(yīng)用Anammox 工藝，處理水量含污水廠全部進(jìn)水流量。

近年來(lái)，研究者對(duì)Anammox 應(yīng)用于城鎮(zhèn)生活污水處理的影響因素、工藝適用性、工藝開(kāi)發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等方面進(jìn)行了多方位研究。本文對(duì)相關(guān)研究進(jìn)行綜述，以期為城鎮(zhèn)生活污水Anammox 處理提供借鑒和參考，并對(duì)未來(lái)研究方向提出展望。

1 穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)生活污水Anammox處理的影響因素

Anammox 對(duì)水質(zhì)和反應(yīng)條件等影響因素要求較為苛刻，能否在城鎮(zhèn)生活污水中實(shí)現(xiàn)技術(shù)的適用性是前提。厭氧氨氧化工藝過(guò)程包含短程硝化和Anammox 兩個(gè)過(guò)程，而環(huán)境因素在兩個(gè)階段均會(huì)造成影響。研究者普遍認(rèn)為，城鎮(zhèn)生活污水實(shí)現(xiàn)Anammox 過(guò)程的難點(diǎn)首要是穩(wěn)定的短程硝化，即在Anammox 前端需要提供適合比例的和。其次，在Anammox 階段，AnAOB 對(duì) 條件控制的要求非常嚴(yán)格，有機(jī)物[5-6]、污泥齡（sludge retention time，SRT）[7]、溶解氧（dissolved oxygen，DO）[8-9]、溫度[10-11]、污泥截留[12-14]等都會(huì)影響Anammox過(guò)程的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.1 有機(jī)物

在亞硝化過(guò)程中，當(dāng)進(jìn)水有機(jī)物濃度較高，具體體現(xiàn)為化學(xué)需氧量（chemical oxygen demand，COD）較高時(shí)，會(huì)促進(jìn)異養(yǎng)菌的生長(zhǎng)，使其與亞硝化細(xì)菌（ammonia-oxidizing bacteria，AOB）競(jìng)爭(zhēng)DO和空間，抑制AOB的活性[7,15]。因此眾多學(xué)者基于COD合適的濃度范圍進(jìn)行了研究。付巢等[16]研究發(fā)現(xiàn)，亞硝化速率隨著COD 濃度的增加而降低。當(dāng)COD 濃度為60～120mg/L 時(shí)，AOB 能夠維持優(yōu)勢(shì)地位，形成穩(wěn)定的部分亞硝化[17]。因Anammox反應(yīng)以無(wú)機(jī)碳為碳源，當(dāng)有機(jī)物存在時(shí)，會(huì)對(duì)Anammox 反應(yīng)產(chǎn)生負(fù)面影響，促進(jìn)異養(yǎng)反硝化反應(yīng)，同時(shí)抑制Anammox過(guò)程[18]。馬艷紅等[19]在研究COD 濃度對(duì)Anammox 啟動(dòng)的影響的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，COD 濃度越高，反硝化菌的活性越高，進(jìn)而AnAOB 的增長(zhǎng)活性越小，延長(zhǎng)Anammox 的啟動(dòng)時(shí)間。李田等[20]通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論：COD 濃度在120mg/L 時(shí)，AnAOB 不受影響。付昆明等[3]認(rèn)為，Anammox 段易于降解的COD 濃度不宜超過(guò)150mg/L。而城鎮(zhèn)生活污水COD 濃度一般在100～300mg/L，可以通過(guò)曝氣前處理使COD降至合適的范圍之內(nèi)[21]。因此，COD 濃度對(duì)Anammox 工藝的抑制可通過(guò)強(qiáng)化預(yù)處理解決。

1.2 SRT

SRT 是Anammox 工藝中的重要影響因素。在亞硝化過(guò)程中，當(dāng)溫度控制在20～35℃，AOB 的生長(zhǎng)速率高于亞硝酸鹽氧化菌（nitrite oxidizing bacteria，NOB），可通過(guò)控制系統(tǒng)SRT大于AOB的世代時(shí)間而小于NOB 的世代時(shí)間，使NOB 排出系統(tǒng)而AOB 保持較高的濃度，從而實(shí)現(xiàn)NO2--N 的穩(wěn)定積累[22]。眾多研究表明，不同學(xué)者為實(shí)現(xiàn)較穩(wěn)定的亞硝化所采用的SRT不同。如新加坡樟宜回用水處理廠的階段進(jìn)水活性污泥法（step-feed activated sludge，SFAS）工藝實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的亞硝化就是采用了較短的SRT（約2.5 天）[23]。而Wu 等[24]認(rèn)為SRT 保持在10～20 天更為合適。SRT 對(duì)AnAOB 的影響頗多，是種群結(jié)構(gòu)的變化的重要參數(shù)。沈明玉等[25]認(rèn)為，采用較短的SRT，利于Anammox 反應(yīng)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)高效脫氮。張杰等[26]采用一組SBR反應(yīng)器研究梯度降低SRT 過(guò)程中對(duì)去除負(fù)荷（Nr）和污泥負(fù)荷（Ns）的影響情況，結(jié)果表明，SRT 從21 天梯度降低到12 天，系統(tǒng)整體的脫氮性能下降16.4%，但單位質(zhì)量的AnAOB 脫氮效率提升了66.8%。而新加坡樟宜回用水處理廠采用了較短的SRT（約3天）便實(shí)現(xiàn)了缺氧區(qū)的Anammox作用[23]。研究表明，采用較短的SRT是實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)生活污水主流Anammox技術(shù)的思路之一。

1.3 DO

DO是亞硝化段的重要影響因子，其中AOB對(duì)氧的半飽和系數(shù)高于NOB，NOB在較低的DO條件下對(duì)競(jìng)爭(zhēng)氧的能力較弱，控制DO的濃度以及調(diào)節(jié)曝氣模式是實(shí)現(xiàn)短程硝化的控制手段之一。DC Water 研究發(fā)現(xiàn)，瞬時(shí)缺氧可有效抑制NOB[7]。從Wang 等[27]的研究發(fā)現(xiàn)，在DO 濃度從1.4mg/L 降至0.7mg/L 時(shí)，觀察到積累率逐漸升高。張杰等[28]基于SBR反應(yīng)器采用4min曝氣、2min停曝的曝氣模式以及DO 限制策略（1.3～1.7mg/L），積累率達(dá)到92%，成功實(shí)現(xiàn)亞硝化。究其原因是AOB在缺氧干擾后比NOB恢復(fù)快得多，間歇曝氣可實(shí)現(xiàn)部分亞硝化。DO 濃度也會(huì)抑制Anammox 活性[17]，控制DO 濃度，是城鎮(zhèn)污水應(yīng)用Anammox 技術(shù)的前提條件。Strous等[29]通過(guò)SBR反應(yīng)器研究DO對(duì)Anammox 的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，在0.5%、1.0%、2.0%的空氣飽和度下，AnAOB的活性完全被抑制，但完全厭氧（0%O2）后，被抑制的AnAOB活性能夠恢復(fù)，說(shuō)明DO對(duì)于AnAOB的抑制是可逆的。而在傳統(tǒng)城鎮(zhèn)生活污水處理中，采用的DO一般為2mg/L，通過(guò)調(diào)控DO并結(jié)合生物載體的作用，城鎮(zhèn)污水中DO對(duì)于AnAOB的抑制作用是可以克服的[3]。眾多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究。從夏瓊瓊等[30]的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)AOB 和AnAOB 在系統(tǒng)里共存時(shí)，AnAOB 在DO高于0.2mg/L 的條件下也可保持正?；钚?。而在一體化Anammox 反應(yīng)器中，在生物膜較厚的條件下，AnAOB能夠在較高的DO（5～6mg/L）條件下存活，并具有穩(wěn)定、較高的脫氮性能[8]。因此，間歇曝氣以及DO限制策略可能是易于實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)生活污水主流Anammox的調(diào)控策略之一[31]。

1.4 溫度

溫度對(duì)亞硝化段的影響作用是顯著的。較高的溫度不僅可以提高AOB 的活性、促進(jìn)AOB 的生長(zhǎng)速率，還可以進(jìn)一步擴(kuò)大AOB與NOB之間的活性、生長(zhǎng)速率的差異[3]。李亞峰等[32]實(shí)驗(yàn)表明，高于30℃時(shí)，亞硝酸鹽積累量增加，這是由于溫度較高時(shí)，NOB 活性受到抑制，而AOB 活性增強(qiáng)并處于優(yōu)勢(shì)地位。荷蘭Delft 技術(shù)大學(xué)開(kāi)發(fā)的SHARON（single reactor for high ammonium removal over nitrite）工藝即是基于這一原理在中溫（30～40℃）條件下實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的短程硝化，且該工藝已得到工程化應(yīng)用[33]。城鎮(zhèn)生活污水溫度一般冬季保持10～16℃，夏季保持在24～30℃，如何在低溫條件下實(shí)現(xiàn)亞硝化是重要的研究?jī)?nèi)容。付昆明等[11]在研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度由35℃驟降到21℃時(shí)，AOB 的活性僅降低8%，當(dāng)驟降至15℃時(shí)，AOB 的活性仍能保持最佳時(shí)的75%，說(shuō)明了亞硝化可在常溫下實(shí)現(xiàn)的可能。在Anammox 段，AnAOB 的適宜生長(zhǎng)溫度為30～37℃。Laureni 等[34]的研究發(fā)現(xiàn)，在市政污水Anammox處理反應(yīng)器中，AnAOB的活性（以N計(jì)）會(huì) 從29℃時(shí) 的0.465kg/(m3·d) 降 低 到12.5℃的0.046kg/(m3·d)。如何實(shí)現(xiàn)常溫下Anammox 的穩(wěn)定運(yùn)行，成為研究的熱點(diǎn)。Li 等[35]利用UASB 在4 個(gè)季節(jié)即9～28℃的自然周期溫度變化中進(jìn)行Anammox 運(yùn)行研究，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器在中低溫條件下（11～25℃）具有較高的脫氮能力，UASB顆粒污泥中AnAOB 的富集率達(dá)到53.8%，同時(shí)優(yōu)勢(shì)菌由Candidatus Brocadia 轉(zhuǎn) 變 為Candidatus Kuenenia。Wang等[36]在13℃條件下采用EGSB反應(yīng)器成功運(yùn)行Anammox，研究發(fā)現(xiàn)，Candidatus Kuenenia 為優(yōu)勢(shì)菌種，相對(duì)豐度達(dá)到了57.0%。付昆明等[3]也發(fā)現(xiàn)在較低溫度及負(fù)荷下，AnAOB 仍然具有活性，且認(rèn)為在城鎮(zhèn)生活污水溫度條件下，溫度對(duì)AnAOB的影響不大，可采用降低進(jìn)水氮負(fù)荷的方法保證運(yùn)行效果。研究均表明，通過(guò)微生物強(qiáng)化、氮負(fù)荷調(diào)控等措施，可以有效緩解中低溫對(duì)AnAOB 的活性的抑制。

1.5 污泥截留

AOB、AnAOB 均為自養(yǎng)細(xì)菌，世代周期長(zhǎng)，必須保證足夠的微生物量才能保障良好的脫氮性能。AOB 的污泥截留主要有兩種方法，一種是利用城鎮(zhèn)污水處理工藝側(cè)流段高氨氮、高溫水質(zhì)特點(diǎn)，促進(jìn)AOB 生長(zhǎng)，側(cè)流補(bǔ)充主流工藝的方式補(bǔ)充微生物；另一種方法是以生物膜的方式或顆粒污泥的形式持留，這種方式主要是依靠AnAOB 附著在填料的最內(nèi)層，AOB 附著在填料的外層[7]。王嗣禹等[37]通過(guò)對(duì)比懸浮污泥和生物膜系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)DO為3.0mg/L 時(shí)，生物膜上的AOB 豐度高于懸浮污泥，達(dá)到了20.43%。吳蕾等[38]對(duì)顆粒污泥的培養(yǎng)，結(jié)果表明亞硝化特性非常穩(wěn)定且AOB 的相對(duì)數(shù)量占到了17.8%，而NOB 則低于0.6%。而對(duì)于AnAOB 的生物強(qiáng)化是通過(guò)側(cè)流的生物強(qiáng)化補(bǔ)充，主要是采用水力旋流器分離AnAOB 與AOB，使側(cè)流中的AnAOB 通過(guò)旋流器補(bǔ)充至主流工藝中，同時(shí)富含AOB 的溢流也進(jìn)入主流工藝[7]。奧地利Strass 污水處理廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明采用水力旋流器這一技術(shù)從側(cè)流工藝向主流工藝補(bǔ)充了AOB 和AnAOB 后，不僅沒(méi)有降低AOB、AnAOB 在側(cè)流工藝中的活性，主流工藝中AnAOB 的豐度、顆粒的尺寸還顯著提高，研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)水力旋流器的循環(huán)運(yùn)行還能阻止微生物在AnAOB 表面富集，利于降低基質(zhì)擴(kuò)散阻力，維持微生物較高的活性。此外，側(cè)流補(bǔ)充主流還可以解決AnAOB 對(duì)親和力比NOB低的問(wèn)題，使AnAOB較容易獲得。此外，采用生物膜及顆粒污泥以提高AnAOB 生物量也成為研究熱點(diǎn)。盧欣欣等[39]分析微生物群落發(fā)現(xiàn)，移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR） 中的主要AnAOB分別占生物膜中總菌的4.53%、活性污泥中總菌的0.75%，說(shuō)明生物膜上的AnAOB 豐度高于活性污泥。Wang 等[36]在中低溫條件下運(yùn)行Anammox 時(shí)發(fā)現(xiàn)，污泥的顆粒強(qiáng)度與AnAOB 呈正相關(guān)。實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)污水主流Anammox 技術(shù)，污泥截留具有積極意義。

綜上所述，城鎮(zhèn)污水應(yīng)用Anammox 技術(shù)，目前仍面臨一系列困難，但保持COD 濃度低于150mg/L、通過(guò)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化以提供適合比例的和、在保持合適的DO的同時(shí)進(jìn)行間歇曝氣、采用微生物強(qiáng)化、氮負(fù)荷調(diào)控等措施緩解中低溫對(duì)Anammox 的抑制，Anammox 反應(yīng)可穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)可通過(guò)側(cè)流補(bǔ)充主流或生物膜或顆粒污泥的形式持留污泥以保證良好的脫氮性能。

2 城鎮(zhèn)生活污水Anammox處理工藝

目前，針對(duì)城鎮(zhèn)生活污水處理廠采用Anammox 的處理工藝，主要包括兩種：①側(cè)流工藝，即污泥消化液、壓濾液等部分污水的處理，水量?jī)H占污水廠總進(jìn)水的2%左右，通常水質(zhì)具有高溫高氨氮的特點(diǎn)，如圖1所示；②主流工藝，即在城鎮(zhèn)污水處理工藝的主線應(yīng)用Anammox 工藝，如圖2所示。

2.1 城鎮(zhèn)生活污水側(cè)流Anammox工藝

圖1 城鎮(zhèn)生活污水側(cè)流Anammox工藝

圖2 新加坡樟宜回用水廠分段進(jìn)水反應(yīng)器（主流Anammox）工藝［23］

污泥消化液和污泥壓濾液的水質(zhì)pH 一般為7.0～8.5，溫度在30～37℃，濃度可達(dá)500～1300mg/L，碳氮比在1 左右，屬于典型的高氨氮、低碳氮比廢水[40]。傳統(tǒng)污泥消化液和壓濾液的處理一般是回流至格柵，與原水混合后處理，這將加大整體工藝的氮負(fù)荷，最終導(dǎo)致出水總氮（total nitrogen，TN）偏高。然而，由于AOB與NOB的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制和AnAOB 的存活習(xí)性，污泥消化液和污泥壓濾液的中高溫、高氨氮的水質(zhì)條件能夠保障AOB 優(yōu)勢(shì)種群地位并抑制NOB 活性，為Anammox的應(yīng)用提供了條件。

2002 年，荷蘭鹿特丹Dokhaven 污水處理廠率先實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)生活污水側(cè)流Anammox 工藝的應(yīng)用。其建造的生產(chǎn)性Anammox 反應(yīng)器采用了Sharon-Anammox系統(tǒng)，用于處理污泥消化液。van der Star的研究表明，Anammox 反應(yīng)是該反應(yīng)器內(nèi)的主導(dǎo)反應(yīng)[41]。

到目前為止，全球約75%的Anammox 工程裝置主要用于處理污泥消化液和壓濾液[42]，常采用的工藝包括一體化的DEMON（deammonification，好氧 反 氨 化）、 CANON （completely autotrophic nitrogen removal over nitrite，完全自養(yǎng)脫氮）工藝等，分體式的SHARON-Anammox 工藝等；生物膜工藝ANITA Mox （MBBR 自養(yǎng)脫氮工藝）、TERRANA 等，以及普通活性污泥工藝等。具體工藝形式、反應(yīng)器體積、污泥濃度、水力停留時(shí)間、污泥氮負(fù)荷、TN去除率以及能耗見(jiàn)表1。

表1 污泥消化液Anammox工程應(yīng)用實(shí)例

表1列舉了11座處理城鎮(zhèn)生活污水處理廠污泥厭氧消化液的Anammox 工程應(yīng)用的運(yùn)行效能，發(fā)現(xiàn)SBR 是側(cè)流Anammox 工藝中最常用的反應(yīng)器系統(tǒng)，而DEMON又是SBR系統(tǒng)里最常用的配置。分析發(fā)現(xiàn)，DEMON采用了水力旋流器調(diào)節(jié)AnAOB與AOB 的SRT，可有效分離出生長(zhǎng)緩慢的AnAOB，使Anammox反應(yīng)有效運(yùn)行。

城鎮(zhèn)生活污水側(cè)流Anammox 的大規(guī)模工程應(yīng)用也暴露出啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、AnAOB生物量少等問(wèn)題，相關(guān)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)室研究、工程探索也在進(jìn)行。徐浩然[43]在其實(shí)驗(yàn)中采用了投加電氣石強(qiáng)化Anammox工藝的手段，對(duì)比未投加電氣石的Anammox 系統(tǒng)，啟動(dòng)時(shí)間減少了11%，氮去除率達(dá)到85.5%，投加電氣石具有優(yōu)異效果。究其原因，本文作者認(rèn)為，一是電氣石由于其電極性和自發(fā)極化效應(yīng)，增強(qiáng)了AnAOB 的新陳代謝能力，提高AnAOB 的活性，二是電氣石充當(dāng)填料的作用，這也促進(jìn)了AnAOB 的生長(zhǎng)。盧欣欣等[39]采用MBBR處理污泥消化液，成功實(shí)現(xiàn)了短程硝化-Anammox 過(guò)程的耦合，去除率最大可達(dá)96%。分析微生物群落，發(fā)現(xiàn)AOB在MBBR生物膜、活性污泥中占總菌數(shù)的比例分別為10.46%和21.46%，AnAOB 則為4.13%和0.71%，說(shuō)明主要的亞硝化、Anammox 分別在活性污泥和生物膜中完成；結(jié)果表明一體式反應(yīng)器應(yīng)用Anammox 技術(shù)處理污泥消化液具有可行性，為工程化應(yīng)用提供重要依據(jù)。實(shí)際工程探索方面，Han等[44]在北京高碑店污水處理廠采用全尺寸短程硝化/厭氧氨氧化（partial nitritation/anammox，PN/A）工藝處理污泥消化液，采用固定式生物膜活性污泥法（integrated fixed-biofilm activated sludge，IFAS）反應(yīng)器成功啟動(dòng)PN/A 且穩(wěn)定運(yùn)行，處理量達(dá)到2500m3/d，脫氮效率在85%以上，每年可節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本350萬(wàn)美元，分析微生物群落發(fā)現(xiàn)，AOB在絮凝污泥中的豐度（1.2%）高于生物膜（0.2%），相比之下，生物膜中的AnAOB 豐度顯著更高，為17.9%，而絮凝污泥中的為0.02%，AOB 與AnAOB共存于反應(yīng)體系，共同完成自養(yǎng)脫氮。

2.2 城鎮(zhèn)污水主流Anammox處理工藝

Anammox 應(yīng)用于污泥消化液的側(cè)流處理工藝，雖對(duì)處理廠TN 的深度處理有一定的促進(jìn)作用，但貢獻(xiàn)率較低，如何實(shí)現(xiàn)主流處理工藝中Anammox的應(yīng)用，將對(duì)城鎮(zhèn)生活污水處理廠的工藝革新產(chǎn)生重要影響。目前，城鎮(zhèn)生活污水主流Anammox 的處理工藝已在實(shí)驗(yàn)室得到穩(wěn)定的運(yùn)行效果，同時(shí)在實(shí)際城鎮(zhèn)生活污水處理工程中也得到成功應(yīng)用。

（1）實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)定性

城鎮(zhèn)生活污水含氮量較低，TN在20～75mg/L，且運(yùn)行溫度低，冬季保持10～16℃，夏季保持在24～30℃[6]。在快速啟動(dòng)Anammox 方面存在限制。已有研究者采用城市生活污水，采用不同工藝形式、接種不同污泥和調(diào)控運(yùn)行條件成功啟動(dòng)Anammox。具體內(nèi)容見(jiàn)表2。

表2 主流Anammox實(shí)驗(yàn)室研究實(shí)例

表2列舉了7種城市污水主流Anammox實(shí)驗(yàn)室研究成功啟動(dòng)實(shí)例。較多研究者采用SBR 作為Anammox 的啟動(dòng)工藝，在處理城市污水前，先對(duì)AnAOB 進(jìn)行培養(yǎng)富集使其穩(wěn)定。研究發(fā)現(xiàn)，溫度等因素對(duì)Anammox 的抑制可以設(shè)法消除，城市污水主流Anammox 在實(shí)驗(yàn)室得到穩(wěn)定的運(yùn)行效果。李田等[20]采用ABR 前端除碳，耦合亞硝化、Anammox 的工藝處理城鎮(zhèn)污水，使ABR 出水COD濃度保持120mg/L，避免對(duì)后續(xù)耦合系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，同時(shí)控制亞硝化系統(tǒng)出水和ABR 出水比例滿足于Anammox 進(jìn)水要求，結(jié)果顯示，TN 去除率高于86%，COD去除率大于85%。采用前端除碳的方法，為工程化應(yīng)用提供了一個(gè)可行的思路。Xu等[52]認(rèn)為部分反硝化/厭氧氨氧化工藝（partial denitrification/anammox，PD/A）在實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)污水主流Anammox 工藝方面具有廣闊前景，實(shí)驗(yàn)中采用顆粒污泥的方式實(shí)現(xiàn)成功運(yùn)行，在進(jìn)水TN 濃度42.56mg/L、C/N 為1.48 的情況下，平均出水TN 為8.74mg/L，氮去除率達(dá)80%。對(duì)反應(yīng)器中的微生物群落進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，顆粒中AnAOB 占總菌數(shù)的7.79%，表現(xiàn)出優(yōu)異的生物截留能力，從菌屬上分析， Thauera （17.46%） 和Candidatus Brocadia（6.24%）豐度最高，Thauera 還具有短程反硝化（partial denitrification， PD） 功 能， 共 同 促 進(jìn)Anammox反應(yīng)，90%的脫氮貢獻(xiàn)率由AnAOB產(chǎn)生。PDA工藝對(duì)比傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝，可節(jié)省45%的曝氣量和79%的碳源。近年來(lái)關(guān)于主流工藝的研究，工藝組合、反應(yīng)器設(shè)計(jì)、調(diào)控手段優(yōu)化等均為Anammox主流工藝的應(yīng)用提供了參考和借鑒。

（2）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

城鎮(zhèn)生活污水主流Anammox 工藝的實(shí)際應(yīng)用工程還較少，目前最為成功的是新加坡樟宜回用水廠、奧地利的Strass 污水處理廠以及中國(guó)西安第四污水處理廠，這3座污水廠主流Anammox工藝的實(shí)際應(yīng)用為該工藝的大規(guī)模推廣提供了較好的支撐作用。

新加坡樟宜回用水廠首先實(shí)現(xiàn)了主流Anammox 工藝的工程應(yīng)用，采用五點(diǎn)分段進(jìn)水活性污泥工藝（SFAS），水力停留時(shí)間為5.6h，總SRT為5天。由于地理位置和氣候的原因，水溫能保持在30℃左右，有利于自養(yǎng)細(xì)菌的生存和繁殖。通過(guò)缺氧好氧交換進(jìn)行、短SRT和在線控制，保證AOB 為優(yōu)勢(shì)菌群，分析發(fā)現(xiàn)亞硝酸鹽積累率可達(dá)76%，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的短程硝化。反應(yīng)器中AnAOB含量可達(dá)到105～106copies/mL，優(yōu)勢(shì)菌種為AOB以及懸浮的游離AnAOB。其自養(yǎng)脫氮過(guò)程的貢獻(xiàn)率為37.5%，出水水質(zhì)良好，TN＜5mg/L，NH4+-N＜3mg/L。此外，與新加坡其他回用水處理廠相比，樟宜回用水處理廠SFAS 工藝能耗降低了10%～30%[23,25]。

奧地利的Strass 污水處理廠[7,53]采用AB 工藝，其能源自給率可達(dá)108%，于2004年首先在側(cè)流中采用了DEMON 工藝，DEMON 單元的設(shè)計(jì)進(jìn)水氮負(fù)荷為300kg/(m3·d)、容積負(fù)荷為0.6kg/(m3·d)，DO為0.3mg/L。在側(cè)流的基礎(chǔ)上，該廠于2011年開(kāi)始探索主流Anammox 工藝的應(yīng)用，其具體的措施是在主流工藝上安裝了水力旋流器，利用水力旋流器調(diào)節(jié)AnAOB 和AOB 的SRT，較輕的AOB 從頂部溢流，較重的AnAOB 聚集在底部回流至反應(yīng)器，AnAOB 不斷回流到主流工藝中[6,38]。在曝氣控制方面，通過(guò)靈活的曝氣控制方式即根據(jù)進(jìn)水瞬時(shí)負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整曝氣量和曝氣頻率，來(lái)實(shí)現(xiàn)良好的硝化和反硝化反應(yīng)[7]，從而實(shí)現(xiàn)主流Anammox 的穩(wěn)定運(yùn)行。Strass 污水處理廠實(shí)現(xiàn)了85%以上的自養(yǎng)脫氮效率[30]。

西安第四污水處理廠是世界范圍內(nèi)、溫帶氣候條件下、大型污水處理廠（25 萬(wàn)噸/天） 實(shí)現(xiàn)Anammox 的首例，填補(bǔ)了國(guó)際上常溫生產(chǎn)性裝置研究的空白。Anammox 主要在一期25 萬(wàn)噸/天工程改造中實(shí)現(xiàn)，主體工藝為正置A2/O+MBBR（移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器）。厭氧段水力停留時(shí)間（hydraulic retention time，HRT） 為1h、缺 氧 段HRT為3.6h，并在厭氧、缺氧段投加填料。西安第四污水處理廠一期工程自2012 年11 月開(kāi)始改造，2013 年8 月起出水水質(zhì)穩(wěn)定并達(dá)到一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)[54]，其中出水TN達(dá)到10mg/L。對(duì)填料和懸浮污泥，厭氧區(qū)和缺氧區(qū)的微生物進(jìn)高通量分析，載體具有較高的Anammox 活性，達(dá)到了52mg/(L·d)。主導(dǎo)的AnAOB 是Ca. Kuenenia（K 型AnAOB），高度濃縮在缺氧區(qū)的載體上。2018 年，采用同位素示蹤法進(jìn)一步證實(shí)了在缺氧環(huán)境下Anammox 反應(yīng)，證實(shí)了在缺氧區(qū)Anammox 是一個(gè)非常重要的途徑，并且定量測(cè)定的結(jié)果顯示Anammox 過(guò)程占脫氮的比例達(dá)到30% 左右。通過(guò)對(duì)2015—2018 年載體AnAOB 的豐度測(cè)定分析表明，缺氧區(qū)填料上AnAOB的豐度逐漸升高，在2017年已經(jīng)接近10%。主流Anammox穩(wěn)定運(yùn)行。

對(duì)以上3座污水廠主流Anammox工藝分析，發(fā)現(xiàn)填料中K 型AnAOB 和B 型AnAOB（Ca.Brocadia sp.40）的豐度有很大差別，新加坡樟宜污水廠中占主導(dǎo)的AnAOB 是B 型AnAOB，而西安第四污水處理廠發(fā)現(xiàn)的是K 型AnAOB 占主導(dǎo)，認(rèn)為可能主要是溫度所致，新加坡樟宜污水廠的水溫是30°C，而西安第四污水處理廠水溫為11～20°C。以上進(jìn)一步說(shuō)明常溫條件下可實(shí)現(xiàn)主流Anammox技術(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

Anammox 技術(shù)是一新型生物脫氮技術(shù)，在城鎮(zhèn)污水處理的脫氮領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。在調(diào)控有機(jī)物、SRT、DO、溫度及污泥截留等因素的基礎(chǔ)上，城鎮(zhèn)污水適宜采用Anammox工藝進(jìn)行處理。該工藝目前已在城鎮(zhèn)污水側(cè)流工藝中穩(wěn)定運(yùn)行且凸顯出脫氮優(yōu)勢(shì)，城鎮(zhèn)污水主流工藝已在實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)定運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用主要受限于低溫、低氨氮、穩(wěn)定的短程硝化以及AOB、AnAOB 的富集等因素，但西安第四污水處理廠主流Anammox 的成功運(yùn)行，填補(bǔ)了常溫條件下城鎮(zhèn)污水主流Anammox 工藝穩(wěn)定運(yùn)行的空白，極大促進(jìn)了城鎮(zhèn)污水主流工藝Anammox 技術(shù)的應(yīng)用。在低氨氮濃度下保證穩(wěn)定的NO2--N 積累、低溫條件下Anammox 穩(wěn)定、AnAOB 的快速富集以及主流工藝的推廣應(yīng)用等方面，是城鎮(zhèn)生活污水Anammox 處理大規(guī)模應(yīng)用的首要解決的問(wèn)題。