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厭氧技術在污水處理中的作用
反應是在缺氧條件下由厭氧氨氧化菌利用亞硝酸鹽為電子受體，將氨氮轉化為氮氣的生物反應過程。與傳統的硝化反硝化過程相比，厭氧氨氧化工藝無需外源有機物，供氧能耗、污泥產生量和 CO2 排放量大為減少，降低了運行費用，并具有可持續發展意義。本文對厭氧氨氧化的工藝原理、工藝形式、影響因素和應用情況進行總結與討論。
1 工藝原理
BRODA 根據熱力學計算，在 20 世紀 70 年代提出了厭氧氨氧化的存在，認為它是自然氮循環中的一個缺失的部分。MULDER 和 VAN DE GRAAF在 20 世紀 90 年代中期先對此進行了實驗證明，此后人們對該過程產生了極大的興趣。厭氧氨氧化的反應方程式為：
該反應合成細胞生物量的碳源是碳酸氫鹽，表明這些細菌為化學自養細菌。亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽的過程中產生的還原當量（能源）用于碳的固定[1]。厭氧氨氧化細菌對底物有很高的親和力，可以將氨氮和亞硝酸鹽的含量降至較低的水平。
上述反應式中的 NO - 來自于亞硝化反應。傳統硝化反應包括 2 個基本過程：氨氧化菌 （AOB）將
NH + 氧化為 NO -；亞硝酸鹽氧化菌（NOB）將 NO -氧化為 NO -。亞硝化反應是通過調控，富集 AOB，抑制或淘洗 NOB，將硝化反應控制在第 1 步，保持NO - 的累積率并使出水 ρ(NO --N)/ρ(NH +-N)=1～1.3。
2 工藝形式
厭氧氨氧化的工藝形式可以分為兩段式和一體式。兩段式系統的亞硝化和厭氧氨氧化過程分別在
一體式工藝占地小，反應器結構簡單，由于短程硝化和厭氧氨氧化反應在同一反應器中進行，基質含量較低，因此出現游離氨（FA）、游離亞硝酸（FNA）毒害抑制的可能性稍低一些。但是一體化工藝生物組成更復雜，NOB 在系統中不容易淘汰或抑制，工藝對 pH、水溫更為敏感，系統的控制難度更大，出現問題后要很長時間才能恢復。
兩段式工藝亞硝化和厭氧氨氧化反應容易實現優化控制，亞硝化反應器中的異養微生物能夠降解污水中的有機物及其他有毒有害物質，降低對厭氧氨氧化反應的不利影響，因此系統運行崩潰后容易
恢復。但是亞硝化段中亞硝酸鹽累積易產生 FNA 抑制，且由于要將亞硝化速率和厭氧氨氧化速率進行匹配，所以系統的設計較為復雜。
生物硝化反應在 5～40 ℃均可進行，但 15 ℃為分界點。溫度高于 15 ℃時，AOB 的生長速度高于NOB，AOB 的小泥齡小于 NOB 的小泥齡，并且隨著溫度的升高，二者的差值將增加，所以高溫有利于 AOB 的生長。在 25 ℃以上控制泥齡，可以有效地選擇NOB。目前的工程實例通常將亞硝化過程的溫度控制在 30～35 ℃。
多數研究認為，AAOB 的理想溫度條件為 30～ 40 ℃，但是自然條件下在溫度較低時也可以進行穩定的厭氧氨氧化反應，RYSGAARD 等指出在-1.3 ℃時，北極海底沉積物中的 AAOB 菌仍具有活性[2]。低溫條件下反應器中的 AAOB 菌的活性一直受到關注，一些研究結果表明，在亞硝化 - 厭氧氨氧化工藝系統中，溫度降到 20 ℃以下后都測定發現了 AAOB菌的活性，有些研究顯示，在 10 ℃甚至更低溫度都有可能存在穩定的厭氧氨氧化反應[3-4]。但是也有研究指出，當溫度降低到 15 ℃時，生物膜反應器內開始積累 NO -，表明 AAOB 菌的活性受到了抑制[5]。
基質中的FNA 對AOB 和NOB 均有抑制，而離子態亞硝酸鹽 NO - 的影響較小。FNA 對 AOB 和NOB 的抑制質量濃度為 0.01～1 mg/L，哪種細菌對FNA 具有更高的耐受性，目前的研究結果仍相互矛盾[8-9]。NO - 對 AAOB 的影響較大，當 NO - 的質量濃度高于 100 mg/L 時，AAOB 活性被*抑制[6]。
pH 一方面影響了 AOB、NOB、AAOB 等微生物的生長活性，另一方面影響了 NH + 和 FA 以及 NO和 FNA 之間的化學平衡。一般而言，在中性偏堿性條件下，AOB 和AAOB 才能表現出相對較高的生長活性。AOB 適宜生長的 pH 是 7.0～8.6，AAOB 適宜生長的pH 為 6.5～8.8[10]。pH 較高時，化學平衡向生成 FA 方向進行；pH 較低時，化學平衡向生成 FNA方向進行。當 pH 分別大于 8.0 和低于 6.0 時，FA 和FNA 在體系內所占比例迅速增大。經計算，35 ℃水溶液中總 NO --N 的質量濃度為 500 mg/L、pH 為 7時，FNA 的質量濃度只有 0.1 mg/L。所以當 pH 大于7 時，FNA 對 AOB 和 NOB 的抑制作用較為有限。
3.3 DO 含量
AAOB 為嚴格厭氧菌，STROUS 等指出，在 DO含量為 0.5%～2.0%空氣飽和度時，AAOB 活性被*抑制[6]。但該抑制是可逆的，DO 消除后，AAOB 的活性可以恢復。AOB 和 NOB 都是嚴格好氧菌，當
AAOB 和AOB 共存在系統中時，AOB 消耗了DO，所以即使 DO 的質量濃度在高于 0.2 mg/L 的條件下，
AAOB 也可以保持正常活性，這使得亞硝化結合厭氧氨氧化工藝的一段式系統成為可能。實際工藝中還利用顆粒污泥和填料富集微生物，形成 DO 內外不同的微環境，為 AAOB 和 AOB 在系統中共生創造條件。
好氧菌 AOB 和 NOB 對 DO 有競爭作用，二者的 DO 半飽和系數分別為 0.74～0.99 mg/L 和 1.4～1.75 mg/L，所以 AOB 具有更好的氧親和力。在實際工藝中，通常將 DO 含量控制在較低的水平，可以使AOB 優先獲得有限的氧，抑制 NOB 的活性。文獻中報道的抑制 NOB，維持 AOB 活性的臨界 DO 含量各不相同。RUIZ 等指出，臨界 DO 的質量濃度宜控制在 1.7 mg/L 以下[11]；而 HANAKI 等認為，在 25 ℃時將 DO 的質量濃度降至 0.5 mg/L，AOB 沒有受到明顯影響，而 NOB 活性下降[12]。除了直接控制 DO含量，也可以利用生物膜和顆粒污泥內存在傳質阻力，間接限制 DO 含量，抑制 NOB。
3.4 有機物
可生物降解有機物不直接影響 AAOB，但能誘導反應器內普通異養菌（OHO）的生長。由于 AAOB的生長速率比 OHO 低得多，當存在過量的有機碳時，異養細菌將占據反應器的主導地位，因而限制了AAOB 生長的空間和底物。通常，在一體式厭氧氨氧化工藝中，進水可降解 COD 和總 NH +-N 的質量濃度比需要低于 0.5。另一方面，如果進水中含有一定含量的可降解有機物，那么出水中的硝酸鹽可以被去除，所以 TN 去除率是提高的。
VEUILLET 等發現，當進水中慢速降解 COD:ρ (NH +-N) 低于 0.5 時，出水 ρ (NO --N)/ρ (NH +-N) 約4%；當 COD:ρ(NH +-N)在 1:1～1.5:1 時，出水 ρ(NO --N)/ρ(NH +-N)約 1%[13]。一些研究指出，當進水中含有醋酸鹽、甲醇等其他有機物時，COD:ρ(TN)達到 2 左右時，AAOB 菌的活性受到抑制[14]。LACKNER 對 14 個生產性反應器測試后指出，進水 COD:ρ(TN)從 1 提高至 1.5 后，生物膜系統對 TN 的去除率沒有降低[15]。