編者按：厭氧氨氧化（ANAMMOX）因無需氧氣和有機(jī)物而被冠以可持續(xù)污水處理技術(shù)，以致學(xué)界對其研究趨之若鶩并愈演愈烈。然而，20多年過去了，過熱的研究與少有的工程應(yīng)用形成了巨大反差，這一現(xiàn)象耐人尋味。因此，有必要對產(chǎn)生這種反差現(xiàn)象的原因進(jìn)行理性分析，以期獲得對ANAMMOX技術(shù)工程應(yīng)用場景以及運(yùn)行瓶頸的清晰信息。分析表明，ANAMMOX工程化步履蹣跚的主要原因乃應(yīng)用場景誤區(qū)與運(yùn)行控制難度。ANAMMOX技術(shù)定位于高氨氮（NH4+）、低有機(jī)物（COD）濃度厭氧消化液或類似工業(yè)廢水，即，屬于應(yīng)用場景較小的小眾技術(shù)。再者，實現(xiàn)ANAMMOX的關(guān)鍵是前端與之匹配的亞硝酸氮（NO2-）積累，而這恰恰成為其運(yùn)行成敗的關(guān)鍵。盡管存在著多種讓NO2-積累的方法，但實現(xiàn)其穩(wěn)定運(yùn)行最后均歸結(jié)為精準(zhǔn)的控制技術(shù)，因為ANAMMOX本身以及NO2-積累所需要的環(huán)境窗口均十分狹窄。另一方面，ANAMMOX過程本身并不產(chǎn)生強(qiáng)溫室氣體——氧化亞氮（N2O，溫室效應(yīng)為CO2的265倍），但無論是短程硝化（PN）還是短程反硝化（PD）均涉及N2O釋放、且量并不低。這就讓原本可持續(xù)的ANAMMOX工藝蒙上了應(yīng)用陰影。因此，對ANAMMOX的研究應(yīng)適當(dāng)降溫，即使是針對性的應(yīng)用場景也應(yīng)重新評估其碳排放問題。該文于2023年9月8日已在《環(huán)境科學(xué)學(xué)報》在線發(fā)表。

文章亮點(diǎn)

01 中國已成為ANAMMOX研究大國，幾乎統(tǒng)領(lǐng)世界相關(guān)研究。但20余年的豐碩研究成果并沒有導(dǎo)致太多的工程應(yīng)用，現(xiàn)象耐人尋味。

02 ANAMMOX技術(shù)定位于高氨氮（NH4+）、低有機(jī)物（COD）濃度厭氧消化液或類似工業(yè)廢水，即，屬于較窄應(yīng)用場景的小眾技術(shù)。

03 ANAMMOX所需電子接受體亞硝酸氮（NO2-）獲得是其運(yùn)行成敗的關(guān)鍵，而各種NO2-積累方法最終均歸結(jié)為精準(zhǔn)的運(yùn)行控制技術(shù)。這是因為ANAMMOX本身以及NO2-積累所需環(huán)境窗口十分狹窄，難以駕馭。

04 短程反硝化耦合ANAMMOX與短程硝化+ANAMMOX的可持續(xù)初衷有些偏離，因為前者在整個反應(yīng)過程中多消耗12.5%的O2和70%的COD。

05 ANAMMOX過程本身固然并不產(chǎn)生強(qiáng)溫室氣體——氧化亞氮（N2O），但無論是短程硝化還是短程反硝化均涉及N2O釋放問題。

1 前言

20世紀(jì)90年代初，荷蘭TNO環(huán)境研究所Mulder從流化床工程反應(yīng)器中發(fā)現(xiàn)厭氧氨氧化（ANAMMOX）現(xiàn)象。隨后，代爾夫特大學(xué)（TU Delft）Kluyver生物技術(shù)實驗室Keunen等從微生物學(xué)角度分離、確認(rèn)了ANAMMOX細(xì)菌存在，并對其生理、生化特點(diǎn)進(jìn)行了初步研究。2001年，代爾夫特大學(xué)Kluyver生物技術(shù)實驗室Jetten等以O(shè)2為限制條件控制短程硝化過程，提出了生物膜內(nèi)一步式完全自養(yǎng)脫氮（CANON）工藝；在此基礎(chǔ)上，同一實驗室生物工藝組van Loosdrecht與荷蘭Paques公司合作，開始研發(fā)ANAMMOX應(yīng)用工藝，并在2002年成功將世界上首座ANAMMOX工程反應(yīng)器應(yīng)用于鹿特丹Dokhaven污水處理廠污泥厭氧消化液處理高氨氮尾水。

ANAMMOX以NO2-作為電子受體可將氨氮（NH4+）直接氧化為氮?dú)猓∟2）。顯然，NO2-轉(zhuǎn)化、富積是ANAMMOX成功與否的關(guān)鍵。于是，短程硝化（Partial nitrification, PN）耦合ANAMMOX工藝應(yīng)運(yùn)而生（PN/A）。PN/A是完全自養(yǎng)脫氮工藝，具有3個特點(diǎn)：①僅50% NH4+在硝化第一段（AOB/短程硝化）需要耗氧，可節(jié)省硝化第二段25%需氧量，由于剩余50% NH4+無需硝化，總共可節(jié)省62.5%需氧量；②無需有機(jī)碳源（COD）；③可減少80%剩余污泥量。所以，ANAMMOX被認(rèn)為是一種可持續(xù)污水處理技術(shù)。

自ANAMMOX應(yīng)用工程在荷蘭問世至今已過去了20多年，人們對ANAMMOX的研究似乎熱度絲毫未減，尤其是在中國。特別是近年，短程反硝化（Partial denitrification, PD）耦合ANAMMOX的PD/A研究亦開始出現(xiàn)，與PN/A產(chǎn)生NO2-的方式完全不同。但PD/A似乎與ANAMMOX不消耗COD和少消耗O2的可持續(xù)初衷顯得有些偏離。圖1總結(jié)了硝化/反硝化、PN/A以及PD/A脫氮過程以及對O2和COD消耗，3種脫氮過程以及O2和COD消耗量一目了然。

就PN/A工程應(yīng)用而言，中國目前已成為應(yīng)用總數(shù)（應(yīng)有百座之多）以及單體規(guī)模最大的國家。然而，中國自主研發(fā)的ANAMMOX工程應(yīng)用反應(yīng)器似乎寥寥無幾，甚至有的已經(jīng)半途而廢。我國過熱的深入研究與罕有的成功應(yīng)用存在著巨大反差現(xiàn)象耐人尋味。為此，有必要認(rèn)真總結(jié)分析其中原因，以闡明ANAMMOX適合的應(yīng)用場景以及苛刻的控制技術(shù)，希望讓其能走下“神壇”，回歸其原本就是小眾而非大眾技術(shù)的屬性。

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