引言厌氧氨氧化作为污水处理的主要技术，已应用在多种污水处理中，经济效益和环境效益显著提升。厌氧氨氧化工艺（Anaerobic ammonium oxidation）利用厌氧氨氧化自养型微生物对废水进行脱氮，因具有低曝气量、低剩余污泥产量和低碳等显著优点，受到人们的持续关注，得到各行业的广泛采用。1基本反应原理一般认为氨氧化反应只能在好氧条件下进行，最新的研究表明，氨氧化也可以在缺氧但存在硝酸盐的情况下发生。电子受体为硝酸盐，或采用氨直接作为电子受体，在还原反应或反硝化反应中，亚硝酸盐氮转化成氮气，达到脱氮的目的，即所谓的厌氧氨氧化反应，厌氧氨氧化反应式为：5NH4++3NO-3→4N2↑+9H2O+2H+。这种生物反应中的电子受体一般认为只能是硝酸盐，但近年来有研究表明，亚硝酸盐和一氧化碳也可以同硝酸盐发生反应，当作厌氧氨氧化反应中的电子受体[1]。本研究反应中的生成物主要是N2，如NH2OH、NO和N2O等其他中间产物，通常在反应过程中并未检测到存在。2常见反应形式按反应器的数量，将厌氧氨氧化过程分为集成式和两阶段式。集成系统的所有反应集中在一个反应器中，而两阶段式系统分别在两个反应器中进行亚硝化和厌氧氨氧化过程。集成流程包括Demon、Oland、Canon、Snap等。两阶段流程通常包括部分初始化Partial、Nitrification-anammoox和Sharon-anammox等。（1）集成式系统的特点：占地面积小，反应器结构不复杂，在唯一的反应器中进行短程硝化以及厌氧氨氧化反应，基质浓度不高，导致游离氨（FA）和游离亚硝酸盐（FNA）的毒性抑制可能性更低。但是集成式系统反应过程的生物组成更为复杂，NOB在系统中不可能被彻底消除或抑制，整个过程对pH值和水温要求非常严格，系统控制更加困难，一旦出现问题，恢复系统将耗费更多的时间。（2）两阶段式系统的特点：易于实现对硝化和厌氧氨氧化反应的最优控制。由于污水中的有机物等有毒有害物质可以被异养型微生物降解，所以硝化反应器中对厌氧氨氧化反应的不利影响被降低。即使系统运行出现异常，也很容易得到恢复。但硝化段亚硝酸盐的积累容易产生FNA抑制，系统的设计相对复杂。3多种影响因素3.1温度大多数观点认为，AAOB只有在温度条件为30~40 ℃下才可以满足，但在正常的自然环境温度下，厌氧氨氧化也同样可以稳定地进行。Rysgaard[2]等认为，某区域海低沉积物的环境温度达到-1.3 ℃时，仍可以观测到AAOB细菌的活动。AAOB细菌在低温条件下反应器中的活性被广泛关注。不同温度时AAOB细菌活性如表1所示。当温度为15 ℃时，生物膜反应器中NO2-出现积聚现象，抑制AAOB细菌的活性[3-4]。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.01.020.T001表1不同温度时AAOB细菌活性温度范围/℃AAOB细菌活性≤20可以检测到AAOB细菌的活性≤10同样可能存在稳定的厌氧氨氧化反应3.2基质含量和pH值氨和亚硝酸盐是厌氧氨氧化反应的底物，高含量的氨和亚硝酸盐使微生物的活性降低。只有当氨的质量浓度超过1 g/L时，AAOB才受到严重影响[5]，可以理解为AAOB受基质氨的影响不大，基质氨受到的影响大多来自FA。AOB和NOB都会受到FA的影响，但FA浓度范围不同，对AOB和NOB的影响也不同。根据Anthonisen[6]等研究发现，FO浓度对细菌具有抑制作用，如表2所示。在0.1~1.0 mg/L和10~150 mg/L两个浓度范围内，NOB被抑制，产生NO2-积累。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.01.020.T002表2FO浓度对细菌的影响浓度范围/（mg/L）对细菌的影响0.1~1.0可以抑制亚硝基单胞菌10~150抑制硝化杆菌亚硝酸盐的存在形态若为离子型，则对NO2-影响不大。FNA的质量浓度范围在0.01~1.00 mg/L时，AOB和NOB的活性受到影响。微生物对FNA有较高的耐受性，仍然需要更加深入地研究[7]。但只要NO2-质量浓度高于0.1 g/L，AAOB就会彻底失去活性。AOB、NOB、AAOB等微生物是否具有良好的生长活性与pH值直接相关，而NH4+与FA、NO2-和FNA之间的化学平衡也受到pH值影响。通常来说，AOB和AAOB适宜在中性和弱碱性的条件下生存。pH值对细菌的影响如表3所示，pH值对产物的影响如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.01.020.T003表3pH值对细菌的影响pH值对细菌的影响7.0~8.6比较适宜AOB的生长6.5~8.8比较适宜AAOB的生长［8］10.3969/j.issn.1004-7948.2022.01.020.T004表4pH值对产物的影响pH值对产物的影响pH值较高有利于FA的生成pH值较低有利于FNA的生成pH值8.0或者pH值6.0体系中FA和FNA的比例增长较快结合表3和表4的内容，当条件设定为T=35 ℃，pH值为7，总亚硝酸盐氮的质量浓度为0.5 g/L时，响应的FNA的质量浓度仅为1×10-4 g/L。故可得出，当系统pH值＞7时，AOB和NOB受FNA的影响非常低。3.3DO含量AAOB是绝对厌氧型微生物。当AAOB彻底失去活性时，DO含量为空气饱和度的5‰~20‰。然而这种抑制并非不可逆。只要DO被消除掉，就可以使AAOB的活动得到恢复。AOB和NOB均为绝对的好氧型微生物。系统中AAOB和AOB同时存在的情况下，DO被AOB消耗尽，AAOB仍然可以在质量浓度高于2×10-4 g/L的DO中维持生命特征，就可以将亚硝化与厌氧氨氧化相结合。在实际应用过程中，填料和颗粒污泥还可被用来收集有利的微生物，使系统的内部与外部形成不同的微生物环境，从而使AAOB和AOB能够共存。AOB和NOB均为好氧微生物，当氧气含量有限时，二者对DO存在竞争关系，AOB与NOB的对比，如表5所示。为提高AOB的活性，同时降低NOB活性，需要将DO含量控制在较低水平。抑制NOB和维持AOB活性的DO含量驻点不同。Ruiz[9]等认为，临界溶解氧的质量浓度应控制在1.7 mg/L以下。Lackner[10]等认为，当DO的质量浓度为5 mg/L，温度为25 ℃时，AOB活性几乎不受影响，但NOB活性降低。采用生物膜和颗粒污泥中的传质阻力的方式，也可以控制DO含量，同时抑制NOB。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.01.020.T005表5AOB与NOB的对比细菌种类DO半饱和系数/（mg/L）氧亲和力AOB0.74~0.99较好NOB1.4~1.75—3.4有机物有机物容易诱导反应器中常见异养细菌OHO的生长，从而间接影响AAOB。当有机物含量超过一定范围时，因为OHO的生长速率高于AAOB，在反应器中异养菌起主要作用，导致AAOB的生长空间和底物被限制。通常在集成式厌氧氨氧化反应中，进水可降解COD与总NH4+-N的质量浓度比小于0.5。也可以通过控制进水中可降解有机物含量的方式，去除出水中的硝酸盐，从而提高TN的去除率。进水与出水的关系如表6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.01.020.T006表6进水与出水的关系进水COD：ρ（NH4+-N）出水ρ（NO3--N）/ρ（NH4+-N）低于0.54%1.0~1.51%4厌氧氨氧化技术应用在废水脱氮领域的实际案例截止至2014年，全球范围内相继有100多个厌氧氨氧化污水处理厂投产运行[10]。说明厌氧氨氧化技术在含氮废水处理领域得到普遍认可，特别适用于富含氨氮、缺少碳源的非生活废水处理领域。4.1污泥消化液处理最早的厌氧氨氧化反应设备进水为污泥消化液，设备有效内部最大容量70 m3，设计方式为升流式厌氧污泥床（UASB），启动历时3.5 h，脱氮负荷可达7.1 kg/（m3·d），厌氧氨氧化反应设备的投产运行，对厌氧氨氧化技术在废水生物脱氮领域的应用具有重要意义[11]。吕鉴[12]等在UASB反应器中，将好氧颗粒污泥、厌氧颗粒污泥、氧化沟活性污泥和短程硝化活性污泥组成的混合污泥，进行厌氧氨氧化反应。对污泥消化液进行处理的方式是将短程硝化与厌氧氨氧化结合，总氮去除负荷结果为1 030 g/（m3·d），总氮有效去除率达到70%。杨延栋[13]等启动短程硝化厌氧氨氧化反应器，采用接种短程硝化污泥和厌氧氨氧化生物膜填料，处理后COD去除率为66.8%，氨氮去除率为99.0%，总氮的去除效果也非常理想，达到94.4%，总氮去除负荷可达270 g/（m3·d）。王刚[14]利用硝化污泥和少量厌氧氨氧化污泥混合，在移动床生物膜反应器（MBBR）中进行厌氧氨氧化反应。结果显示，污泥消化液日处理能力为400 m3，经处理后，水中总氮质量小于0.3 g/L，总氮去除率为70%。4.2垃圾渗滤液处理垃圾渗滤液是一种成分复杂的液态混合物，特点是富含有机物、富含重金属等有毒物质、富含氨氮、水质不稳定、可生化性不良。氨氮浓度通常小于3 g/L，稳定运行的填埋场氨氮浓度为0.5~2 g/L。浓度与堆垛时间正相关，即堆垛时间越长，浓度越高，也有可能超过10 g/L。早期处理垃圾渗滤液的生物转盘中也发现厌氧氨的缺乏[15]。Liang[16]等采用“小型硝化-厌氧硝化”的土壤渗滤系列工艺，处理城市垃圾填埋场的淋滤。氨氮、总氮和COD的综合脱氮率分别达到97%、87%和89%，说明此方法有助于渗滤液中腐殖酸的降解。Liu[17]等通过短程硝化—厌氧氨氧化法处理垃圾填埋场经稀释的渗滤液厌氧出水，持续70 d后，氨氮和亚硝酸盐氮的去除率均大于93%。厌氧氨氧化工艺处理垃圾填埋场渗滤液态混合物的研究逐渐受到关注，短程硝化-厌氧氨氧化工艺得到广泛应用，不断开展各种组合技术的试验研究，如脱氮、高级氧化和土壤渗透[18]。因为渗滤液是一种混合物，其中掺杂有多种有毒物质，可能影响厌氧氨氧化活性，如果直接引入厌氧氨氧化反应器，则不能达到稳定的运行性能。4.3其他废水处理厌氧氨氧化技术不仅广泛应用于废水的处理，而且还适用于其他废水处理领域。任雪松[19]通过对亚硝化-厌氧氨氧化制剩余氨水的部分硝化过程的处理效率和处理手段调节进行研究。结果证明，厌氧氨氧化菌与AOB和NOB相比，苯酚毒性的耐受程度更高；进水中酚氨的质量比对短程硝化菌的活性影响显著，当进水酚氨的质量比高于1.5时，对短程硝化菌受到抑制；当进水酚氨的质量比约为0.5时，有利于对短程硝化菌生长，总氮去除率高。5结语厌氧氨氧化技术在脱氮领域的应用需要与其他工艺相结合，特别是短程硝化技术。短程硝化过程是否稳定，是废水生物脱氮研究过程中的重要因素。废水脱氮中厌氧氨氧化技术具有低能耗的特点，对提高水资源利用率、节约成本以及促进经济发展具有重要意义，逐渐成为污水处理厂的主流工艺。