厭氧氨氧化工藝是20世紀(jì)90年代由荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)開發(fā)的一種革命性生物脫氮技術(shù)，它突破了傳統(tǒng)硝化-反硝化工藝的理論框架，為高氨氮廢水處理提供了高效節(jié)能的解決方案。本文將系統(tǒng)介紹厭氧氨氧化工藝的微生物學(xué)原理、技術(shù)特點(diǎn)、工程應(yīng)用現(xiàn)狀以及未來(lái)發(fā)展方向。

一、厭氧氨氧化的微生物學(xué)原理

厭氧氨氧化工藝的核心在于一類特殊的浮霉?fàn)罹课⑸铩獏捬醢毖趸?。這些微生物在嚴(yán)格厭氧條件下，能夠以氨（NH??）為電子供體，亞硝酸鹽（NO??）為電子受體，將兩者直接轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓∟?）。

與傳統(tǒng)脫氮工藝相比，這一過程具有三大顯著優(yōu)勢(shì)：無(wú)需有機(jī)碳源（自養(yǎng)型反應(yīng)）、節(jié)省60%以上曝氣能耗（僅需將部分氨氮氧化為亞硝酸鹽而非完全硝化）、以及污泥產(chǎn)量極低（僅為傳統(tǒng)工藝的15%左右）。

二、工藝特點(diǎn)與技術(shù)優(yōu)勢(shì)

能效與經(jīng)濟(jì)效益

厭氧氨氧化工藝在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出卓越的節(jié)能特性。以北京高碑店污水處理廠為例，其污泥消化液處理工程采用該技術(shù)后，噸水電耗降低60%，年碳減排量達(dá)18.5萬(wàn)噸。湖北十堰垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理項(xiàng)目更實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行成本降低30%的顯著效益。

處理效能

該工藝對(duì)高氨氮廢水（800-3000mg/L）具有突出處理效果，總氮去除率普遍達(dá)到85%-95%，脫氮負(fù)荷為0.4-0.8kgN/(m3·d)，是傳統(tǒng)工藝的2-4倍。在STRASS污水處理廠（奧地利）和新加坡樟宜污水處理廠的實(shí)踐中，即使處理氨氮濃度超過2000mg/L的廢水，仍能保持90%以上的脫氮效率。

環(huán)境友好性

由于減少了有機(jī)碳源添加和曝氣需求，厭氧氨氧化工藝可降低90%以上溫室氣體排放。同時(shí)，其污泥產(chǎn)量?jī)H為傳統(tǒng)方法的1/7，大幅減輕了污泥處置壓力。

三、工程應(yīng)用現(xiàn)狀

典型工藝組合

目前工程中主要采用三種技術(shù)路線：

SHARON-ANAMMOX組合工藝：先通過短程硝化（SHARON）將部分氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，再進(jìn)入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器完成脫氮。荷蘭鹿特丹Dokhaven污水處理廠采用此工藝處理污泥消化液，氮去除負(fù)荷達(dá)2.4kg/(m3·d)。

CANON工藝：在限氧條件下實(shí)現(xiàn)好氧氨氧化菌與厭氧氨氧化菌的協(xié)同作用，適用于低C/N比廢水。北京某項(xiàng)目應(yīng)用該技術(shù)處理垃圾滲濾液，在DO<0.5mg/L條件下仍保持92%的脫氮率。

短程反硝化耦合工藝：將硝態(tài)氮還原為亞硝態(tài)氮作為厭氧氨氧化基質(zhì)，解決了主流城市污水亞硝酸鹽供應(yīng)難題。國(guó)內(nèi)研究表明，該技術(shù)可使碳源節(jié)省100%，在20℃下仍保持穩(wěn)定運(yùn)行。

適用領(lǐng)域

該技術(shù)已成功應(yīng)用于：

污泥消化液處理：北京五座熱水解污泥消化液工程日處理量達(dá)15900m3，年削減氮素12410噸

垃圾滲濾液處理：湖北十堰項(xiàng)目處理150m3/d滲濾液，電耗降低50%以上

工業(yè)廢水處理：半導(dǎo)體、制藥、食品等行業(yè)高氨氮廢水，尤其適合C/N比<1的難處理廢水

四、技術(shù)挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前瓶頸

盡管優(yōu)勢(shì)顯著，厭氧氨氧化工藝仍面臨三大挑戰(zhàn)：

低溫適應(yīng)性差：最適溫度為30-40℃，20℃以下活性顯著下降

啟動(dòng)周期長(zhǎng)：菌群倍增時(shí)間約11天，工程啟動(dòng)需3-6個(gè)月

主流應(yīng)用受限：城市污水低氨氮（<50mg/L）特性導(dǎo)致脫氮負(fù)荷較低

創(chuàng)新方向

未來(lái)研究重點(diǎn)包括：

菌種改良：培育低溫耐受菌株（如Psychrobacter屬），提升10-15℃下的脫氮效率

工藝優(yōu)化：開發(fā)"部分厭氧氨氧化"技術(shù)，即使30%的氮通過該途徑去除，也可節(jié)省40%能耗

智能控制：應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)pH、DO等關(guān)鍵參數(shù)，如某工程采用在線傳感器將運(yùn)行穩(wěn)定性提高25%

五、結(jié)論與展望

厭氧氨氧化工藝代表了污水脫氮技術(shù)的重大突破，尤其適合處理污泥消化液、垃圾滲濾液等高氨氮廢水。隨著菌種培養(yǎng)技術(shù)的進(jìn)步（如全球最大菌種基地在北京建成）和工藝組合的創(chuàng)新，該技術(shù)正逐步向城市污水處理主流工藝拓展。預(yù)計(jì)到2030年，通過材料科學(xué)（如石墨烯改性填料）、人工智能等跨學(xué)科融合，將突破低溫、低氨氮等應(yīng)用瓶頸，使污水處理廠的能耗再降低30%，為"雙碳"目標(biāo)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

未來(lái)需加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，借鑒新加坡、奧地利等國(guó)際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合我國(guó)高氨氮廢水特點(diǎn)，開發(fā)更具成本效益的本地化解決方案，推動(dòng)水處理行業(yè)向綠色低碳方向轉(zhuǎn)型。