厌氧氨氧化技术研究进展.王全
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Anammox 反应器也可以采用好氧启动，实际上 是由硝化反应过渡到 Anammox 反应，这种启动方式 耗时较短，启动成功后运行稳定。周少奇等［10］以广 东省某垃圾填埋场 SBR 池活性污泥为接种污泥，以 含氮模拟废水为对象，UASB 生物膜反应器运行历 时 97d，成功启动了 Anammox 反应器。李冬等［11］证 实了由好氧硝化生物膜启动 Anammox 反应器是可 行的。陈胜等［12］利 用 悬 浮 填 料 填 充 床 生 物 膜 反 应 器，采用好氧预挂膜低负荷培养法 90d 成功启动反 应器，而高负荷启动法未获成功。而黄勇等［13］在高 基质浓度下启动了厌氧氨氧化反应器。
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82
山东建筑大学学报
2011 年
短时间内该抑制作用是可逆的。③ TOC 浓度越高， 厌氧氨氧化反应器中亚硝酸盐消耗量越大。杜兵 等［16］证实：在以有机生活污水为模拟废水的二级反 应器中，难降解有机物对利用厌氧氨氧化菌实现高
氨氮、低碳 氮 比 废 水 高 效 生 物 脱 氮 没 有 太 大 影 响。 吴立波等［ 17］人 的 研 究 表 明，在 同 一 含 量 下，按 照 抑 制作用由强到弱排列为：甲醇 ＞ 乙酸钠 ＞ 葡萄糖。 但三者对厌氧氨氧化的抑制机理有所不同。 2. 4. 2 溶解氧
氧气抑制 Anammox 反应。M. Strous 等［18］的试 验结果表明，在 DO 浓度为 0. 5% ~ 2. 0% 空气饱和 度的条 件 下，Anammox 活 性 被 完 全 抑 制。周 少 奇 等［19］研究发现过高的 DO 会对反应器的运行效果 产生明显影响，且 DO 对 Anammox 过程中亚硝酸还 原酶的抑制作用明显比对联氨水解酶和羟氨氧化还
按反应器中接种污泥的来源，反应器启动可分 为厌氧启动和好氧启动。目前不少研究者采用添加 生物填料或以颗粒污泥为载体的反应器。反应器在 接种污泥后，通常根据 Anammox 菌的生化特性不断 改变环境条件，筛选出目标优势菌种，当反应器中该 菌种积累到一定程度，反应器即成功启动。 2. 2. 1 厌氧启动
关键词：厌氧氨氧化；污水；影响因素；碳氮比
中图分类号：X505
文献标识码：A
Recent research progress of anaerobic ammonium oxidation
WANG Quan，ZHANG Ke-feng，WANG Hong-bo，et al.
（ School of Municipal and Environmental Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China）
（ 山东建筑大学 市政与环境工程学院，山东 济南 250101）
摘要：厌氧氨氧化技术能够高效地处理低碳氮比废水，从而在污水处理领域受到广泛关注。在阐述厌氧氨氧化
原理的基础上，论述了厌氧氨氧化脱氮反应器的微生物特性、接种污泥来源及启动、影响因素，并总结了荷兰和
日本的四个厌氧氨氧化工程的应用情况，展望了厌氧氨氧化技术的发展前景。
反应器 选 取 合 适 的 HRT 至 关 重 要。吴 立 波 等［24］的研究表明，通过调节 HRT 发现，当 HRT ＞ 8 h 时，NH4﹢ -N 与 NO2- -N 的 去 除 率 都 在 80% 以 上。 陆天友等［25］证实：系统 HRT 过短会导致含氮污染 物去除不完全，HRT 过长则污泥可能已经解体，认 为取 HRT 为 10d 是合理的。 82
2. 4. 6 盐度 盐度 是 影 响 基 质 去 除 率 的 重 要 因 素。郑 平
（2）污泥的颜色变化。反应期内污泥依次发生 黑色、黄白色和棕褐色等一系列的变化，一般最后污 泥呈红色颗粒状，表明启动成功。
（3）Anammox 反应为产碱反应，如出水 pH 比进 水略有提高，表明反应器启动成功。 2源自文库 4 影响因素 2. 4. 1 碳源
碳源是影响 Anammox 反应的重要因素。张杰 等［15］深入探讨了 废 水 中 不 同 类 型 的 碳 源 对 厌 氧 氨 氧化反应的影响，得出以下结论：①一定范围内 IC 浓度的提高（ IC 界限值 ≤55. 77mg / L），将利于厌氧 氨氧化菌的生长，当进一步提高 IC 浓度时，厌氧氨 氧化反应速率将会降低。②TOC 的存在将会降低 厌氧氨氧化菌的活性，且浓度越高其抑制作用越强，
M. Strous 等［5］分离鉴定出一株新发现的 Candidatus Brocadia Anammoxidans 菌株。厌氧氨氧化菌的主要 生理生化特性［6］如下：细胞倍增时间 10. 6d，最大细 胞比增 殖 速 率 0. 0027h - 1 ，氨 氧 化 活 性 温 度 20 ~ 43℃ ，氨氧化活性 pH 为 6. 7 ~ 8. 3，亚硝酸氮及氨氮 亲和常数均为≤10 - 4 g / L，生物产率系数为 0. 07（ g / g）（ 以蛋白质：NH4﹢ -N 计）。 2. 2 接种污泥的来源和启动
Anammox 工艺由荷兰 Delft 技术大学 Kluyver 生 物技术实验室研究开发。该工艺具有以下优点：
（1）反应只消耗 CO2 和 HCO3- ，无需外加有机 碳源作为电子供体，在节约成本的同时，防止了投加 碳源产生的二次污染。
（ 2 ）只需 将 进 水 中 氨 氮 氧 化 为 亚 硝 酸 氮，节 省 了供氧动力消耗。
收稿日期：2011 - 01 - 11 基金项目：山东省环保产业技术研发项目（2060403）；山东省科技攻关计划项目（2009GG2GGC06004） 作者简介：王全（1986 - ），男，山东济宁人，在读硕士，研究方向为水处理理论与技术. E-mail：wangquan52166@ 126. com
第 26 卷 第 1 期 2011 年 2 月
山东建筑大学学报 JOURNAL OF SHANDONG JIANZHU UNIVERSITY
文章编号：1673 - 7644（2011）01 - 0080 - 04
厌氧氨氧化技术研究进展
Vol. 26 No. 1 Feb. 2011
王全，张克峰，王洪波，王永磊，李梅
第1 期
王全等：厌氧氨氧化技术研究进展
81
NH4﹢ ﹢ 1. 32 NO2- ﹢ 0. 066HCO3- ﹢ 0. 13H ﹢ → 1. 02 N2 ﹢ 0. 26 NO3- ﹢ 0. 066 CH2 O0. 5 N0. 15 ﹢ 2. 03H2 O
从反应方程式可以看出 NH4﹢ 和 NO2- 反应比 为 1：1. 32，且反应消耗 0. 13 个单位的 H ﹢ 。 1. 2 厌氧氨氧化的优点
目前 Anammox 反应器的主要启动方式为厌氧 启动，启动时间较长。为了加快启动速度，国内外做 了大量研 究。 朱 月 琪 等［7］用 取 自 广 州 市 李 坑 垃 圾
渗滤液处理场的厌氧污泥与河涌底泥按 3：1 的比例 混合而成接种污泥。在低浓度氨氮条件下，历时 4 个月，在 ABR 反 应 器 中 成 功 启 动 Anammox 反 应。 朱杰等［8］以反硝化污泥启动厌氧氨氧化反应器，历 时 93d，反应器成功启动。在荷兰鹿特丹世界上第 一套工 业 化 厌 氧 氨 氧 化 装 置 启 动 稳 定 周 期 长 达 3 a［ 9］。 2. 2. 2 好氧启动
虽然接种污泥源有多种，但李秀芬等［14］等通过 向反应器中分别接种好氧污泥、厌氧颗粒污泥、厌氧 消化污泥 的 对 比 实 验，得 出 厌 氧 颗 粒 污 泥 是 富 集 Anammox 菌的最适污泥源。 2. 3 反应器启动成功的标志
（1）由前面 Anammox 反应的方程式可以看出， NH4﹢ -N 与 NO2- -N 同时去除且两者的去除量之比接 近 1：1. 32 时，反应达到稳定，预示着反应器成功启 动。
Abstract：Anaerobic ammonium oxidation receives extensive attention in wastewater treatment field due to its higher efficiency in the low value C / N wastewater treatment. On the base of analyzing the principles of anaerobic ammonium oxidation，the paper discusses the microbial characteristics，inoculation sludge source，start-up and influencing factors of anammox reactor，summarizes the engineering application of anaerobic ammonium oxidation in Netherlands and Japan，and introduces the prospects of anaerobic ammonium oxidation. Key words：anaerobic ammonium oxidation；wastewater；influencing factors；C / N
（3）反应过程中几乎不产生 N2 O，避免了传统 硝化—反硝化工艺中产生的温室气体排放。
（ 4 ）产 碱 量 为 零，可 节 省 传 统 硝 化—反 硝 化 反 应过程中所需的中和试剂，同时还避免了因投加中 和试剂可能造成的二次污染［3］。
（5）产泥量少［4］。
2 厌氧氨氧化技术
2. 1 厌氧氨氧化菌微生物特性 A. Mulder 等报道厌氧氨氧化现象之后，1999 年
0 引言
日益加剧的水体富营养化问题使得氮素污染的 控制与治理成为目前水处理技术研究的重点之一。 传统的脱氮工艺对碳源要求较高，因此对于低碳源 废水，脱氮效率难以保证，而污水处理时大多采用外 加碳源的方法加以解决，不仅增加了运行成本，还使 得整个工艺流程加长，占地面积大，基建投资高。因 此，如何降低造价提高总氮去除率成为低碳源废水 处理所面临的主要问题。近年来，随着新的生物脱 氮途径的发现，厌氧氨氧化技术作为高效低耗的生
原酶的抑制作用更强。 2. 4. 3 温度
温度主 要 体 现 在 对 厌 氧 氨 氧 化 菌 活 性 的 影 响［20］，一般来讲，厌氧氨氧化菌处于最适温度时，生 物活性最稳定。李小霞等［21］的研究表明，Anammox 反应适宜的温度范围为 30 ~ 35℃ 。 2. 4. 4 pH
Anammox 反应是一个产碱反应，因而随反应进 行 pH 逐渐升高，控制反应的 pH 至关重要。郑平 等［22］通过低进水 pH 冲击对高负荷（ 总氮负荷 9. 3 ~ 27. 7kg（/ m3 ·d））Anammox 反应器效能影响的 研究，得出结论：低 pH 对反应器效能的直接影响比 游离亚硝酸 毒 性 造 成 的 影 响 大。 张 树 德 等［23］以 生 物滤池为反应器，考察了厌氧氨氧化滤池的 pH 值 与基质去除的变化规律。研究表明，pH 值随滤层 的加深而变化，在 pH = 7. 58 时，变化趋势较缓 慢；pH ＞ 7. 58 时，pH 值变化幅度较大，NH4﹢ -N 和 NO2- -N 的平均去 除 负 荷 较 高；而 pH ＜ 7. 58 时， pH 值先下降 后 上 升，NH4﹢ -N 和 NO2- -N 的 平 均 去 除负荷较低。在 pH = 7. 98 时去除负荷达到最大。 2. 4. 5 HRT
物脱氮工艺之一逐步得到开发应用。
1 厌氧氨氧化的原理及优点
1. 1 厌氧氨氧化的原理 厌氧氨氧化（ Anammox），指在厌氧条件下通过
厌氧氨氧化菌的作用，以亚硝酸氮为电子受体，氨氮 为电子供体，将亚硝酸氮和氨氮同时转化为 N2 的过 程［1］。厌氧氨氧化过程是一个产能反应，理论上可 以提供微生物生长所需要的能量。M. Strous 等［2］根 据化学计量和物料衡算估计厌氧氨氧化总的反应方 程式如下：
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山东建筑大学学报
2011 年
短时间内该抑制作用是可逆的。③ TOC 浓度越高， 厌氧氨氧化反应器中亚硝酸盐消耗量越大。杜兵 等［16］证实：在以有机生活污水为模拟废水的二级反 应器中，难降解有机物对利用厌氧氨氧化菌实现高
氨氮、低碳 氮 比 废 水 高 效 生 物 脱 氮 没 有 太 大 影 响。 吴立波等［ 17］人 的 研 究 表 明，在 同 一 含 量 下，按 照 抑 制作用由强到弱排列为：甲醇 ＞ 乙酸钠 ＞ 葡萄糖。 但三者对厌氧氨氧化的抑制机理有所不同。 2. 4. 2 溶解氧
氧气抑制 Anammox 反应。M. Strous 等［18］的试 验结果表明，在 DO 浓度为 0. 5% ~ 2. 0% 空气饱和 度的条 件 下，Anammox 活 性 被 完 全 抑 制。周 少 奇 等［19］研究发现过高的 DO 会对反应器的运行效果 产生明显影响，且 DO 对 Anammox 过程中亚硝酸还 原酶的抑制作用明显比对联氨水解酶和羟氨氧化还
按反应器中接种污泥的来源，反应器启动可分 为厌氧启动和好氧启动。目前不少研究者采用添加 生物填料或以颗粒污泥为载体的反应器。反应器在 接种污泥后，通常根据 Anammox 菌的生化特性不断 改变环境条件，筛选出目标优势菌种，当反应器中该 菌种积累到一定程度，反应器即成功启动。 2. 2. 1 厌氧启动
关键词：厌氧氨氧化；污水；影响因素；碳氮比
中图分类号：X505
文献标识码：A
Recent research progress of anaerobic ammonium oxidation
WANG Quan，ZHANG Ke-feng，WANG Hong-bo，et al.
（ School of Municipal and Environmental Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China）
（ 山东建筑大学 市政与环境工程学院，山东 济南 250101）
摘要：厌氧氨氧化技术能够高效地处理低碳氮比废水，从而在污水处理领域受到广泛关注。在阐述厌氧氨氧化
原理的基础上，论述了厌氧氨氧化脱氮反应器的微生物特性、接种污泥来源及启动、影响因素，并总结了荷兰和
日本的四个厌氧氨氧化工程的应用情况，展望了厌氧氨氧化技术的发展前景。
反应器 选 取 合 适 的 HRT 至 关 重 要。吴 立 波 等［24］的研究表明，通过调节 HRT 发现，当 HRT ＞ 8 h 时，NH4﹢ -N 与 NO2- -N 的 去 除 率 都 在 80% 以 上。 陆天友等［25］证实：系统 HRT 过短会导致含氮污染 物去除不完全，HRT 过长则污泥可能已经解体，认 为取 HRT 为 10d 是合理的。 82
2. 4. 6 盐度 盐度 是 影 响 基 质 去 除 率 的 重 要 因 素。郑 平
（2）污泥的颜色变化。反应期内污泥依次发生 黑色、黄白色和棕褐色等一系列的变化，一般最后污 泥呈红色颗粒状，表明启动成功。
（3）Anammox 反应为产碱反应，如出水 pH 比进 水略有提高，表明反应器启动成功。 2源自文库 4 影响因素 2. 4. 1 碳源
碳源是影响 Anammox 反应的重要因素。张杰 等［15］深入探讨了 废 水 中 不 同 类 型 的 碳 源 对 厌 氧 氨 氧化反应的影响，得出以下结论：①一定范围内 IC 浓度的提高（ IC 界限值 ≤55. 77mg / L），将利于厌氧 氨氧化菌的生长，当进一步提高 IC 浓度时，厌氧氨 氧化反应速率将会降低。②TOC 的存在将会降低 厌氧氨氧化菌的活性，且浓度越高其抑制作用越强，
M. Strous 等［5］分离鉴定出一株新发现的 Candidatus Brocadia Anammoxidans 菌株。厌氧氨氧化菌的主要 生理生化特性［6］如下：细胞倍增时间 10. 6d，最大细 胞比增 殖 速 率 0. 0027h - 1 ，氨 氧 化 活 性 温 度 20 ~ 43℃ ，氨氧化活性 pH 为 6. 7 ~ 8. 3，亚硝酸氮及氨氮 亲和常数均为≤10 - 4 g / L，生物产率系数为 0. 07（ g / g）（ 以蛋白质：NH4﹢ -N 计）。 2. 2 接种污泥的来源和启动
Anammox 工艺由荷兰 Delft 技术大学 Kluyver 生 物技术实验室研究开发。该工艺具有以下优点：
（1）反应只消耗 CO2 和 HCO3- ，无需外加有机 碳源作为电子供体，在节约成本的同时，防止了投加 碳源产生的二次污染。
（ 2 ）只需 将 进 水 中 氨 氮 氧 化 为 亚 硝 酸 氮，节 省 了供氧动力消耗。
收稿日期：2011 - 01 - 11 基金项目：山东省环保产业技术研发项目（2060403）；山东省科技攻关计划项目（2009GG2GGC06004） 作者简介：王全（1986 - ），男，山东济宁人，在读硕士，研究方向为水处理理论与技术. E-mail：wangquan52166@ 126. com
第 26 卷 第 1 期 2011 年 2 月
山东建筑大学学报 JOURNAL OF SHANDONG JIANZHU UNIVERSITY
文章编号：1673 - 7644（2011）01 - 0080 - 04
厌氧氨氧化技术研究进展
Vol. 26 No. 1 Feb. 2011
王全，张克峰，王洪波，王永磊，李梅
第1 期
王全等：厌氧氨氧化技术研究进展
81
NH4﹢ ﹢ 1. 32 NO2- ﹢ 0. 066HCO3- ﹢ 0. 13H ﹢ → 1. 02 N2 ﹢ 0. 26 NO3- ﹢ 0. 066 CH2 O0. 5 N0. 15 ﹢ 2. 03H2 O
从反应方程式可以看出 NH4﹢ 和 NO2- 反应比 为 1：1. 32，且反应消耗 0. 13 个单位的 H ﹢ 。 1. 2 厌氧氨氧化的优点
目前 Anammox 反应器的主要启动方式为厌氧 启动，启动时间较长。为了加快启动速度，国内外做 了大量研 究。 朱 月 琪 等［7］用 取 自 广 州 市 李 坑 垃 圾
渗滤液处理场的厌氧污泥与河涌底泥按 3：1 的比例 混合而成接种污泥。在低浓度氨氮条件下，历时 4 个月，在 ABR 反 应 器 中 成 功 启 动 Anammox 反 应。 朱杰等［8］以反硝化污泥启动厌氧氨氧化反应器，历 时 93d，反应器成功启动。在荷兰鹿特丹世界上第 一套工 业 化 厌 氧 氨 氧 化 装 置 启 动 稳 定 周 期 长 达 3 a［ 9］。 2. 2. 2 好氧启动
虽然接种污泥源有多种，但李秀芬等［14］等通过 向反应器中分别接种好氧污泥、厌氧颗粒污泥、厌氧 消化污泥 的 对 比 实 验，得 出 厌 氧 颗 粒 污 泥 是 富 集 Anammox 菌的最适污泥源。 2. 3 反应器启动成功的标志
（1）由前面 Anammox 反应的方程式可以看出， NH4﹢ -N 与 NO2- -N 同时去除且两者的去除量之比接 近 1：1. 32 时，反应达到稳定，预示着反应器成功启 动。
Abstract：Anaerobic ammonium oxidation receives extensive attention in wastewater treatment field due to its higher efficiency in the low value C / N wastewater treatment. On the base of analyzing the principles of anaerobic ammonium oxidation，the paper discusses the microbial characteristics，inoculation sludge source，start-up and influencing factors of anammox reactor，summarizes the engineering application of anaerobic ammonium oxidation in Netherlands and Japan，and introduces the prospects of anaerobic ammonium oxidation. Key words：anaerobic ammonium oxidation；wastewater；influencing factors；C / N
（3）反应过程中几乎不产生 N2 O，避免了传统 硝化—反硝化工艺中产生的温室气体排放。
（ 4 ）产 碱 量 为 零，可 节 省 传 统 硝 化—反 硝 化 反 应过程中所需的中和试剂，同时还避免了因投加中 和试剂可能造成的二次污染［3］。
（5）产泥量少［4］。
2 厌氧氨氧化技术
2. 1 厌氧氨氧化菌微生物特性 A. Mulder 等报道厌氧氨氧化现象之后，1999 年
0 引言
日益加剧的水体富营养化问题使得氮素污染的 控制与治理成为目前水处理技术研究的重点之一。 传统的脱氮工艺对碳源要求较高，因此对于低碳源 废水，脱氮效率难以保证，而污水处理时大多采用外 加碳源的方法加以解决，不仅增加了运行成本，还使 得整个工艺流程加长，占地面积大，基建投资高。因 此，如何降低造价提高总氮去除率成为低碳源废水 处理所面临的主要问题。近年来，随着新的生物脱 氮途径的发现，厌氧氨氧化技术作为高效低耗的生
原酶的抑制作用更强。 2. 4. 3 温度
温度主 要 体 现 在 对 厌 氧 氨 氧 化 菌 活 性 的 影 响［20］，一般来讲，厌氧氨氧化菌处于最适温度时，生 物活性最稳定。李小霞等［21］的研究表明，Anammox 反应适宜的温度范围为 30 ~ 35℃ 。 2. 4. 4 pH
Anammox 反应是一个产碱反应，因而随反应进 行 pH 逐渐升高，控制反应的 pH 至关重要。郑平 等［22］通过低进水 pH 冲击对高负荷（ 总氮负荷 9. 3 ~ 27. 7kg（/ m3 ·d））Anammox 反应器效能影响的 研究，得出结论：低 pH 对反应器效能的直接影响比 游离亚硝酸 毒 性 造 成 的 影 响 大。 张 树 德 等［23］以 生 物滤池为反应器，考察了厌氧氨氧化滤池的 pH 值 与基质去除的变化规律。研究表明，pH 值随滤层 的加深而变化，在 pH = 7. 58 时，变化趋势较缓 慢；pH ＞ 7. 58 时，pH 值变化幅度较大，NH4﹢ -N 和 NO2- -N 的平均去 除 负 荷 较 高；而 pH ＜ 7. 58 时， pH 值先下降 后 上 升，NH4﹢ -N 和 NO2- -N 的 平 均 去 除负荷较低。在 pH = 7. 98 时去除负荷达到最大。 2. 4. 5 HRT
物脱氮工艺之一逐步得到开发应用。
1 厌氧氨氧化的原理及优点
1. 1 厌氧氨氧化的原理 厌氧氨氧化（ Anammox），指在厌氧条件下通过
厌氧氨氧化菌的作用，以亚硝酸氮为电子受体，氨氮 为电子供体，将亚硝酸氮和氨氮同时转化为 N2 的过 程［1］。厌氧氨氧化过程是一个产能反应，理论上可 以提供微生物生长所需要的能量。M. Strous 等［2］根 据化学计量和物料衡算估计厌氧氨氧化总的反应方 程式如下：