厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺介绍

Strous等在ANAMMOX菌Kuenenia stuttgartiensis的基因组中发现了4个表达脂肪 酸生物合成的基因片段，Rattray等用13C标 记乙酸进行示踪试验，证明了ANAMMOX 菌能通过乙酰辅酶A途径代谢乙酸进而合成 阶梯烷脂质用于合成厌氧氨氧化体膜。

ANAMMOX（厌氧氨氧化）工艺是一项创 新的生物处理工艺，是脱氮领域的重要突 破。ANAMMOX工艺是和废气除氨的投资 回报很高的工艺。以传统的硝化/反硝化工 艺相比，运行成本和二氧化碳产量的减少 均高达90%。此外，该工艺只需要相当于传 统工艺一半的空间。

基于ANAMMOX原理目前已开发的工艺主 要有3种OLAND限氧自养硝化-反硝化工艺、 单相CANON工艺、两相SHARONANAMMOX工艺。这几个新工艺的研究限 氧自养硝化反硝化工艺 两相工艺 单相 工艺 基于亚硝酸盐的完全自养脱氮这几个新工 艺的研究目前主要还处于实验室研究阶段。

由自养硝化菌作为生物催化剂所发生的氧 化—还原除氮，为氧控自养硝化反硝化的简 称，该工艺分为两个部分进行：第一步是 将废水中的一半氨氮氧化为亚硝酸盐；第 二步是亚硝酸盐与剩余另一半氨氮发生厌 氧氨氧化反应从而达到脱氮的目的。

此外根据被代谢的有机物中C的最终去向，即 根据ANAMMOX菌在氧化有机物的过程的代谢 方式和有机碳的去向，可以推断ANAMMOX的 代谢过程。 Strous等在ANAMMOX菌Kuenenia stuttgartiensis的基因组中发现了4个表达脂肪酸 生物合成的基因片段，Rattray等用13C标记乙酸 进行示踪试验，证明了ANAMMOX菌能通过乙 酰辅酶A途径代谢乙酸进而合成阶梯烷脂质用 于合成厌氧氨氧化体膜。
ANAMMOX 工艺的原理 ANAMMOX 工艺的特点 ANAMMOX工艺的研究 与发展现状


ANAMMOX（厌氧氨氧化）生物脱氮工艺 是指在厌氧条件下，微生物直接以NH4+作 为电子受体，以NO2—或N3—为电子受体，最 终产生氮气的生物氧化过程，该现象于1995 年在荷兰被发现并命名。

。 Delft 工业大学对厌氧氨氧化工艺进行了 许多研究工作并于2002年在Dokhaven污水 处理厂建成世界上第一座ANAMMOX反应 塔。目前摆在研究者面前的问题是如何控 制工艺条件使SHARON工艺的出水实现适 宜、稳定的N0f/NH才比例。Volcke等19较 为系统的研究了DO和pH对SHARON工艺的 影响。试验一共选择了8种控制方法并借助 经济评价模型OCIOperatingCost Index分别 估算了各控制方法下的最低运行成本。

由于ANAMMOX菌生长缓慢，只有在高浓 度时才显示出活性。用传统的微生物培养 方法至今还没有培养到ANAMMOX菌纯培 物。用现代分子生物学技术，无需纯培养， 已经鉴定出5个ANAMMOX菌，它们均属于 浮霉状菌目。传统微生物培养方法了解到 的只是ANAMMOX菌混培物的一些基本生 理生化特征。ANAMMOX富集培养物优势 种是一类不发光的椭球形细菌，电镜下具 有不规则形状 并显示出古细菌的一些特征。

陈曦等研究了温度和pH值对厌氧氨氧化微 生物活性的影响。研究表明最佳温度为 30℃最佳pH值为7.8。阮文权等17对厌氧氨 氧化反应器运行条件的研究表明厌氧氨氧 化反应最模型来描述有机物的存在会导致 氨氧化菌之间的竞争适pH值为7-7.5温度为 30±1℃当COD质量浓度为800±50mgL时 厌氧氨氧化速率达到最大。

Graaf等通过15N示踪实验提出了Anammox可 能代谢途径。他们认为在微生物的厌氧氨 氧化过程中，NH2OH是最有可能的电子受 体。NO2—首先还原产生NH20H，然后厌氧 氨氧化菌以NH2OH为电子受体将NH4+氧化 为联氨N2H4，N2H4又进一步被还原成N2同 时产生的2H+ 。


ANAMMOX转化过程是自然氮循环的一条 巧妙的捷径。结合亚硝酸反应， ANAMMOX细菌将铵氨(NH4+)直接转化为 气。帕克环保与代尔夫特技术大学（荷兰） 密切合作，开发了该工艺的工业应用。 2002年夏天第一个ANAMMOX工业装置在 荷兰启动。目前有四个ANAMMOX工业装 置在运行。
很高的总去除率 二氧化碳产生量比传统硝化/反硝化工艺减 少90% 减少50%的空间需求 动力消耗比传统硝化/反硝化工艺减少60% 不消耗甲醇 剩余污泥产量极少

林琳等研究了亚硝态氮、硝态氮、羟氨对 厌氧氨氧化的影响，得出氨和硝态氮，转 化比例为1.085氨和亚硝态氮的转化比例为 0.897在培养液中加人羟氨加速了厌氧氨氧 化反应的进行。杨洋等15研究了温度、pH 值和有机物对厌氧氨氧化污泥活性的影响 研究表明最佳温度为3035℃。温度和氨氧 化速率的关系可用修正的Arrhenius描述。 最佳pH值为7.09.0pH值和氨氧化速率的关 系可用双底物双抑制。

该工艺的核心是应用硝酸菌和亚硝酸菌的 不同生长速率即高温30-35℃下亚硝酸菌的 生长速率明显噶偶硝酸菌的生长速率这一 固有特性控制系统水力停留时间与反应温 度。从而使硝酸菌被淘汰形成反应器中亚 硝酸菌的积累使氨氧化控制在亚硝化阶段。 该工艺反应温度高微生物增殖快。好养停 留时间短微生物活性高而Ks值也高进出水 浓度无相关性使得进水浓度越高去除率越 高。

与传统脱氮技术相比，生物脱氮新技术处 理氨氮废水时具有明显的优势。在污水生 物处理系统中，相比传统生物脱氮技术， 利用厌氧氨氧化所开发的工艺可以节省90% 的运行费用和50%的空间体积，同时减少 N2O的产生和污泥的排放。如果与其他工艺 相结合，ANAMMOX将是一个比较理想的 生物脱氮方法。



目前对于Anammox技术的研究，国内外差 距较大，国外已经在实际工程中得到应用。 荷兰Delft University于2002年6月，在荷兰鹿 特丹南部建成了世界上第一个ANAMMOX 反应器并投入了生产。而我国尚处在实验 室研究阶段，研究方向主要集中在 ANAMMOX菌生理生化特性、ANAMMOX 反应器的启动及影响因素等3个方面

目前国内对Anammox反应器的启动研究较 多。文献报道采用的反应器类型主要有升 流式厌氧污泥床UASB、序批式反应器SBR、 序批式生物膜反应器SBBR及膨胀颗粒污泥 流化床EGSB。采用的接种污泥主要有好氧 污泥、好氧硝化污泥、厌氧污泥、厌氧颗 粒污泥、厌氧硝化污泥、厌氧颗粒污泥和 好氧污泥的混合污泥等。试验用水主要为 人工配水、垃圾渗滤混合液、生活污水及 焦化废水等。

实现两阶段限氧自养硝化反硝化工艺的关键在 于亚硝化阶段严格控制废水溶解氧水平，将近 50的氨氮转化为亚硝酸盐，从而实现硝化阶段 稳定的出水比例NH4/N02-1.2±0.2，为厌氧氨 氧化阶段提供理想进水，提高整个工艺的脱氮 效率。和传统生物脱氮工艺相比，Oland工艺 有如下特点（1）理论上只需将一半的氨氮氧 化（2）不需外加有机碳源（3）污泥量产生少。 这些特点都将有效降低其运行成本。目前 OLAND工艺还停留于实验室探索阶段。
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到目前为止，很多学者利用实验室规模反应器 通过接种不同的种泥成功富集了ANAMMOX菌， 并对其特性进行多方面的研究。据了解，目前 全世界至少有13座正在运行的系统，负责处理 制革厂半导体制造厂等产生的各种不同类型的 含氮废水，但是由于ANAMMOX菌具有世代时 间长细胞产率低和对环境条件 如温度溶解氧 非常敏感富集培养困难等缺点，而且有关 ANAMMOX菌对有机物的代谢特性目前还处于 探究阶段，因此，欲使ANAMMOX工艺在世界 范围内广泛应用，还需要深入研究。

Canon工艺是2002年首先由荷兰Delft 工业大学提出 的新型工艺生物脱氮工艺。在Canon工艺中亚硝酸 细菌把氨氧化成亚硝酸盐厌氧氨氧化菌则把氨和亚 硝酸盐转化成氮气。整个脱氮过程在亚硝酸菌和厌 氧氨氧化菌的协作下完成。亚硝酸菌的基质是氨和 氧气厌氧氨氧化细菌的基质是氨和亚硝酸盐在没有 外源亚硝酸盐的情况下厌氧氨氧化菌有赖于亚硝酸 菌提供基质。由于厌氧氨氧化菌和亚硝酸菌都是自 养型细菌因此Canon工艺无需外源有机物能够在完 全无机的条件下进行。 环境中的NH3-N与DO是决 定CANON工艺的两个关键因素目前该工艺在世界 上也处于研究阶段并没有真正得到工程应用。