CREST | 苏州科技大学陈重军团队：厌氧氨氧化颗粒污泥的研究进展

 导 读 

苏州科技大学陈重军团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“厌氧氨氧化颗粒污泥的研究进展（Research advances in anammox granular sludge: A review; DOI: 10.1080/10643389.2020.1831358; Published online: 29 Oct 2020）”的综述。传统生物脱氮工艺是基于硝化-反硝化过程，工艺流程长，脱氮负荷低，占地面积大，投资高。因此，进一步探索高效率、低能耗的废水脱氮技术已成为废水脱氮领域的重要内容。厌氧氨氧化（Anammox）是在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌（AnAOB）以NO₂^--N为电子受体，氧化NH₄⁺-N为N₂的过程。该过程无需外加有机碳源，主要应用于高氨氮、低碳源废水处理，为实现自养低耗脱氮提供了新途径。然而，AnAOB繁殖速率低，倍增时间长，在实际应用中很容易随污泥流失导致难以快速培养。颗粒污泥因其具有优异的沉降性能，可以保留大量生物群体，抵抗冲击能力强，能有效解决污泥流失的难题，对复杂的环境条件具有更强的适应性，成为Anammox的主要选择形式。

图1 图文摘要（Graphic abstract）

主要内容

综述首先介绍了厌氧氨氧化颗粒污泥（AnGS）的优点及形成过程。颗粒污泥比絮体污泥更致密，微生物结构更强，AnGS可以在不需要载体的情况下确保完全的生物量保留。再加上颗粒污泥自身的高沉降速度，可以采用高水力负荷，而不会对生物量造成相应的冲刷。颗粒污泥由微生物细胞、胞外聚合物（EPS）和无机物等组成。同时，文章还介绍了AnGS的性质、影响因素、局限性及应用的研究进展。AnGS一般呈球形三维形状且表面光滑，可分为沉降颗粒和漂浮颗粒，沉降颗粒的平均粒径（2.96±0.99 mm），小于漂浮颗粒的平均直径（4.58±1.22 mm），研究发现沉降性能和反应器的总体性能呈现正相关，即颗粒沉降性越高，反应器的性能越好。而AnGS的粒径与密度成反比。因此，增大粒径会导致AnGS的密度降低，从而导致颗粒污泥的上浮。根据Anammox工艺的沉降模型，1.75~4.00 mm的粒径被认为是Anammox工艺有效运行的最佳粒径。为防止颗粒污泥上浮，建议AnGS的粒径始终保持在2.20 mm以上。AnGS独特的胭脂色也表明了AnAOB的高活性，但它们的颜色仍然可以从胭脂红到褐色或黑色，主要受到AnAOB中血红素c的浓度影响。

研究发现，一定浓度有机物的存在会对AnGS的污泥特性造成影响，随着浓度的升高，AnGS由砖红色转变为黑色，颗粒结构会造成显著影响。AnGS的形成及性能不仅受底物浓度、温度、 pH值、HRT和SRT等因素的影响，胞外聚合物（EPS）的聚集、流体动力剪切力和搅拌速度、无机离子的存在以及废水中纳米颗粒的存在等因素的影响不容忽视。目前，厌氧氨氧化颗粒污泥在实验室规模、中试规模和工程应用各个层面上均取得成功，具有巨大优势，是未来低碳源废水深度脱氮的重要工艺。

然而，厌氧氨氧化在实际应用中仍存在一些局限性。比如AnGS的上浮现象、长期储存及重金属等的影响等，仍然限制着AnGS的大规模工程化应用。其中，较高脱氮负荷导致氮气产量的增加可能是AnGS上浮的主要原因之一，也有专家认为颗粒污泥内部形成的气穴也会造成颗粒上浮。而对于AnGS的储存，应该选择新方法替代冷冻保存。而重金属的不同类型、数量会不同程度地抑制AnGS的形成，也为厌氧氨氧化颗粒污泥处理工业废水带来了难度。

总结与展望

研究者们已对AnGS的结构性质、影响因素等进行了研究，为Anammox快速颗粒化和稳定运行提供了基础，但仍存在一些局限性。比如厌氧氨氧化颗粒污泥的上浮、储存及重金属敏感性均限制AnGS的大规模应用，亟待在未来研究中着手解决。

作者简介

第一作者简介：

Mabruk Adams, 来自加纳，苏州科技大学环境科学与工程学院国际留学生，主要从事厌氧氨氧化快速启动研究，已发表SCI论文3篇。

谢军祥，苏州科技大学环境科学与工程学院在读硕士生，主要从事厌氧氨氧化颗粒污泥深度脱氮研究，已发表中英文论文3篇。

通讯作者简介：

陈重军，博士，副教授，硕士生导师，入选江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师、省双创计划。主要从事废水生物脱氮技术和应用研究，主持国家自然科学基金、中国博士后科学基金等20多项；第一或通讯作者在Crit Rev Environ Sci Technol、J Clean Prod、Bioresource Technol、Sci Total Environ等期刊发表论文58篇，论文总被引超过2000次，合作编著英文教材2部，授权国家发明专利10项。兼任中国城镇供水排水协会青年工作者委员会委员，《中国给水排水》、《工业水处理》青年编委。

|供稿：苏州科技大学陈重军团队

|编排：曾镜羽

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