編者按：厭氧氨氧化（ANAMMOX）因無需氧氣和有機物而被冠以可持續(xù)污水處理技術，以致學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用形成了巨大反差，這一現象耐人尋味。因此，有必要對產生這種反差現象的原因進行理性分析，以期獲得對ANAMMOX技術工程應用場景以及運行瓶頸的清晰信息。分析表明，ANAMMOX工程化步履蹣跚的主要原因乃應用場景誤區(qū)與運行控制難度。ANAMMOX技術定位于高氨氮（NH4+）、低有機物（COD）濃度厭氧消化液或類似工業(yè)廢水，即，屬于應用場景較小的小眾技術。再者，實現ANAMMOX的關鍵是前端與之匹配的亞硝酸氮（NO2-）積累，而這恰恰成為其運行成敗的關鍵。盡管存在著多種讓NO2-積累的方法，但實現其穩(wěn)定運行最后均歸結為精準的控制技術，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過程本身并不產生強溫室氣體——氧化亞氮（N2O，溫室效應為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工藝蒙上了應用陰影。因此，對ANAMMOX的研究應適當降溫，即使是針對性的應用場景也應重新評估其碳排放問題。該文于2023年9月8日已在《環(huán)境科學學報》在線發(fā)表。

文章亮點

01 中國已成為ANAMMOX研究大國，幾乎統(tǒng)領世界相關研究。但20余年的豐碩研究成果并沒有導致太多的工程應用，現象耐人尋味。

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

03 ANAMMOX所需電子接受體亞硝酸氮（NO2-）獲得是其運行成敗的關鍵，而各種NO2-積累方法最終均歸結為精準的運行控制技術。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生強溫室氣體——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90年代初，荷蘭TNO環(huán)境研究所Mulder從流化床工程反應器中發(fā)現厭氧氨氧化（ANAMMOX）現象。隨后，代爾夫特大學（TU Delft）Kluyver生物技術實驗室Keunen等從微生物學角度分離、確認了ANAMMOX細菌存在，并對其生理、生化特點進行了初步研究。2001年，代爾夫特大學Kluyver生物技術實驗室Jetten等以O2為限制條件控制短程硝化過程，提出了生物膜內一步式完全自養(yǎng)脫氮（CANON）工藝；在此基礎上，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應用工藝，并在2002年成功將世界上首座ANAMMOX工程反應器應用于鹿特丹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+）直接氧化為氮氣（N2）。顯然，NO2-轉化、富積是ANAMMOX成功與否的關鍵。于是，短程硝化（Partial nitrification, PN）耦合ANAMMOX工藝應運而生（PN/A）。PN/A是完全自養(yǎng)脫氮工藝，具有3個特點：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無需有機碳源（COD）；③可減少80%剩余污泥量。所以，ANAMMOX被認為是一種可持續(xù)污水處理技術。

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

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