01 什么是厌氧氨氧化 (ANAMMOX) ？
厌氧氨氧化 (ANAMMOX) 工艺是1990年荷兰Delft技术大学Kluyver生物技术实验室开发的。该工艺突破了传统生物脱氮工艺中的基本理论概念。在厌氧条件下，以氨为电子供体，以亚硝酸盐为电子受体，将氨氧化成氮气，这比全程硝化（氨氧化为硝酸盐）节省60%以上的供氧量。以氨为电子供体还可节省传统生物脱氮工艺中所需的碳源。
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水领域已日趋成熟，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。
02 厌氧氨氧化的原理
Anammox是在无氧条件下，以氨为电子供体、亚硝酸为电子受体，产生氮气和硝酸的生物反应。Anammox包括两个过程：一是分解（产能）代谢，即以氨为电子供体，亚硝酸盐为电子受体，两者以1:1的比例反应生成氮气，并把产生的能量以ATP的形式储存起来；二是合成代谢，即以亚硝酸盐为电子受体提供还原力，利用碳源二氧化碳以及分解代谢产生的ATP合成细胞物质，并在这一过程中产生硝酸盐。厌氧氨氧化菌 是厌氧氨氧化的实施者。
NH4++ NO2-= N2+ 2H2O，ΔG=-358kg/mol
厌氧氨氧化的发生进程主要分为两大步：“第一个过程是部分亚硝化，在这个过程中只有大约55%的氨氮需要转化为亚硝酸盐氮；第二个过程是厌氧氨氧化，氨氮在厌氧条件下，被亚硝酸氮被作为电子受体的亚硝酸盐氧化成氮气。
在过程中，大约89%的无机氮都将被转化产生氮气，另外11%的无机氮被转化为硝酸盐氮，与传统硝化反硝化工艺相比，在厌氧氨氧化过程中工艺有着巨大的技术优势，其曝气能耗只有传统工艺的55~60%；该工艺几乎无需碳源，如果为了去除硝酸盐产物需要在厌氧氨氧化过程中投加碳源，其投加量也比传统工艺中碳源投加量降低90%；厌氧氨氧化工艺可以减少45%碱度消耗量。同时，厌氧氨氧化工艺的污泥产量也远低于传统脱氮工艺，这将显著降低剩余污泥的处理和处置成本。
① 底物浓度
厌氧氨氧化过程的底物是氨和亚硝酸盐，但如果二者的浓度过高，也会对厌氧氨氧化过程产生抑制作用。有研究表明，氨的抑制浓度为38.0~98.5nmol/L，NO2-的抑制浓度为5.4~12.0nmol/L。Jetten等人的研究认为，在NO2-浓度高于20nmol/L时，ANAMMOX工艺受到NO2-的抑制，长期（2h）处于高浓度下，ANAMMOX活性会完全消失，但在较低的NO2-浓度（10nmol/L左右）下，其活性仍会较高。
② pH值
由于氨和NO2-在水溶液中会发生离解，因此pH值对厌氧氨氧化有影响。研究表明，ANAMMOX工艺在pH值为6.7~8.3范围内可以运行较好，最适pH值为8左右。
③ 温度
厌氧氨氧化的适宜温度为30~40℃，有研究认为，最适温度在30℃左右。
04 厌氧氨氧化脱氮优点
厌氧氨氧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：
05 厌氧氨氧化在市政污水处理中的应用
① 短程反硝化与厌氧氨氧化
根据彭永臻等在耦合厌氧氨氧化产生NO2-的城市污水中试研究中，短程反硝化过程能够实现稳定的NO2-积累，证明了其为城市污水厌氧氨氧化脱氮过程提供底物NO2-的可行性。城市污水处理厂的剩余污泥具有一定的短程反硝化潜势，在不同NO3-N质量浓度、碳氮比以及pH 条件下表现出不同程度的NO2-积累性能，控制适宜的基质比例和反应时间有助于实现短程反硝化。
以城市污水及其硝化液为进水，通过调控进水比例和HRT，成功启动了中试规模短程反硝化SBR系统，NO3-转化为NO2-的转化率高于75%。城市污水低基质质量浓度和低温会对短程反硝化产生一定影响，通过底物匮乏－丰腴的运行策略能够强化低温条件下的短程反硝化性能，使短程反硝化性能快速恢复和进一步提高，低温阶段( 13.7～ 16.2℃ ) NO2-平均转化率仍可达63.2% 。
彭永臻等的中试研究成果对短程反硝化耦合厌氧氨氧化在城市污水处理领域的推广应用具有重要意义和参考价值。
② MABR与厌氧氨氧化
MABR以气体分离膜技术及生物膜法水处理技术为核心，空气通过中空纤维膜为生物膜直接供氧，生物膜牢固地附着生长在透氧中空纤维膜外表面上。生物膜内层实现同步硝化反硝化和溶解氧消耗，由内向外分布好氧-兼氧-厌氧微生物，外层厌氧和液相主体中发生厌氧氨氧化，实现单反应器自养脱氮。在龚正等的研究中，实验运行116天后，在氨氮容积负荷为0.87kg/（m³.d）的条件下，最大脱氮量为0.77kg/（m³.d）。用荧光原位杂交法测定了氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的空间分布。研究表明， MABR能够用于单级自养脱氮，未来需要进一步探究膜曝气压力、氨氮容积负荷、膜比表面积和生物膜厚度对脱氮过程的影响。
