纤维球滤料厂家厌氧氨氧化在全球的发展

　　纤维球滤料厂家厌氧氨氧化在全球的发展

　　纤维球滤料生产厂家厌氧氨氧化在全球的发展Gist-Brocades酵母厂位于荷兰鹿特丹市市中心，由于工厂产生大量臭鸡蛋味的气体和含硫废物，因此该厂并不受当地人欢迎。为了讨好厂区附近的邻居，该公司设计了一道除味的工艺，就是用厌氧池来取代密闭出水。因此该厂将80年代中期建的一所中试改成厌氧池，使得硫化物浓度有所下降。但是，当居民在呼吸上松了一口气后，厂里的工人们却注意到了一个奇怪的现象。道理上，氨需要氧进行降解，所以工程师认为厌氧池中的氨氮浓度应该保持不变。但是几个月后，氨浓度仍继续降低，并且开始产生氮气。

　　【1】新革新的出现--厌氧氨氧化

　　出于好奇，该工厂联系了戴尔福特工业大学的生物学家Gijs Kuenen。Kuenen猜测可能是厌氧菌的作用，厌氧菌可能会利用氨和亚硝生成氮气和水。细菌能够进行厌氧氨氧化或厌氧氨氧化反应的观点大约在10年前就已经被提出，但大部分微生物学家都持怀疑态度，因为之前从来没有发现过这种菌，并且也从没见自然发生过。

　　Kuenen意识到神奇的厌氧氨氧化菌可能会提供一个新的污水处理方法，如果在其他地方也有所发现，那么该菌在自然界中将会非常重要。所以Kuenen决定要研究一下。他的前博士生Marc Strous说“这是一个勇敢的举动，”Marc Strous目前在荷兰的内梅亨大学，“Kuenen开始研究一些他所有同事都认为不存在的东西。”

　　在氮循环中的作用

　　电子显微镜有助于揭开未知世界。一次近距离的观察发现，这些微生物体都居住在一个陌生的、内部的、膜结合的隔室内。这是个很大的惊喜，因为就好像跟人类本身细胞一样，只有更加复杂(或真核)的细胞才有这种隔室，我们称为细胞器。简单的“原核”细胞和细菌都没有细胞器。目前我们只知道一种菌，浮霉菌，具有这种结构，因此证明这种微生物属于该门。

　　浮霉菌非常奇特，因为它同时含有生活中细菌、真菌和古菌三大菌属的功能，因此有些人认为该菌在早期可能跟三大菌属是同一个祖先。DNA的研究将它们明确归类为细菌属。但是他们的内部细胞器使它们更像真菌。同时，该微生物细胞壁中缺少刚性聚合肽聚糖，这使得它们又类似于单细胞膜的古菌。Strous说“它们的出现模糊了细菌的定义”。;

　　我们并不知道浮霉菌能否进行厌氧氨氧化反应，但Kuenen的团队用氨和亚硝培养出了厌氧氨氧化菌，并观察到培养底物的消失。基因分析证实了该微生物，它们临时命名为Brocadiaanammoxidans;anammoxidans是它们独特的生物化学特性，Brocadia是它们被发现的地方，由于该菌鲜红的颜色从而留给研究者们美好而深刻的印象。

　　本文发表以后，所有同事的观点一夜之间全部都改变。MikeJetten也是内梅亨大学微生物学家，并且继续从事该项工作，他说“这是一个真正的转折点”。在文章发表前，多数微生物学家不相信会发生厌氧氨氧化。但这之后，该理论得到了广泛的认同，并且厌氧氨氧化菌在地球氮循环中也有了它们应有的位置。

　　氮循环可以将稳定的氮气转换成更加有用的形式，例如氨和硝酸盐离子，然后再返回成氮气，从而维持全球氮平衡(见背面图)。氮气通过固氮微生物直接转换成氨，例如土壤中与之相关的植物根系。植物和动物消耗氨，而当他们死亡并分解后又将其释放出来。下一步是硝化菌和古菌将氨转换成亚硝酸盐和硝酸盐，然后反硝化微生物再将硝酸盐转换成氮气补给到大气中，该循环结束。而厌氧氨氧化在整个循环过程中走了个捷径，创造了一个由氨和亚硝直接转换成氮气的途径。

　　实际上，这些细菌能拥有这么一种绝技已经是足够卓越了。但是当研究者研究它们是怎么做到时，又出现了更多的惊喜。研究结果显示，厌氧氨氧化反应发生在胞内膜或厌氧氨氧化体中，且产生联氨作为中间产物。为什么该菌会产生联氨(一种强效的火箭燃料)?并且这种爆炸分子在自然的任何地方都找不到。Jetten说“我们仍然困惑的是发生了什么”。

　　价值

　　或许该过程需要高能联氨来驱动厌氧氨氧化反应。但是并不知道这些细菌是怎样管理它们产生的有毒的联氨并且不杀死细菌本身。由于联氨能够在细胞膜间轻松的扩散，所以Jetten怀疑厌氧氨氧化体的生物膜绝对是不同寻常的，该生物膜能防止肼扩散，甚至有些情况下可以包含危险载体。

　　他联系了来自NetherlandsInstitute从事海洋研究的脂质专家Jaap Sinninghe Damsté，并一起分析了细胞器膜。其结果又是一项非凡的发现。“我们将结果其展示给阿姆斯特丹大学的有机化学家们，而他们说这些都是不可能的” Damsté说。

　　这些生物膜的脂质由五个碳环融合在一起形成一个密集的阶梯。这种“梯形烷”脂质是独特的，因为它需要大的能量建成，并且很不稳定。可以认为，这种结构使得该膜非常致密，所以能够阻止联氨泄漏到细胞其余地方。“这完全是一个谜，大自然怎会创造出这种脂质”来自哈佛大学的有机化学家兼诺贝尔奖获得者Elias Corey说道，目前Elias Corey已经在实验室构造出该脂质的结构。科学家们目前正在解析该菌的基因组，目的是想解释这种生物膜是怎么形成的。荷兰团队已经对生产这种脂质的工艺申请专利，希望微电子产业能够为这种坚不可摧的膜提供一个用武之地。

　　厌氧氨氧化菌最实际的应用在于污水的处理。污水厂和一些制造化肥或精炼石油的工厂会产生数百万升富含氨的废水，所有的这些含氮废水都需要降解掉。传统方法是使用硝化菌将氨转换成亚硝酸盐或硝酸盐，然后反硝化菌再将其还原成氮气。硝化过程的微生物需要氧气，并且需要巨量的氧气，因此一些机器就要耗费大量的电来为这些污泥进行曝气。不但如此，反硝化过程还需要外碳源，例如甲醇，甲醇燃烧又会产生二氧化碳。所以，这种工艺是代价高昂的，不仅占用大量空间还对环境不好。

　　而厌氧氨氧化污水处理工艺的形成，提供了重要的优势。厌氧氨氧化菌能够利用氨作为他们的能源，这就不需要再用昂贵的甲醇。并且该反应不需要氧气，所以厌氧氨氧化工艺会消耗更少的电量。该工艺不仅不产生二氧化碳，反而还会消耗它，所以该工艺是非常环保的。总之，与传统的工艺相比，厌氧氨氧化工艺会减少90%的运行费并节省50%的空间面积。

　　荷兰Paques公司，总部位于Balk，该公司已经开发出第一个厌氧氨氧化反应器。原型已经建成，并且作为鹿特丹城市污水处理厂的一部分，现在运行良好。

　　虽然厌氧氨氧化很可能成为污水处理中重要的一部分，但是它在广阔的世界里中作的用可能是更深远的。海洋学家对厌氧氨氧化的研究推断，如果该反应能够在缺氧池中进行，那么也可能在海洋中的部分贫氧区发生，有助于海洋中氮循环。如果是这样的话，这将会解决一个40年之久的海洋之谜。

　　在60年代中期，来自西雅图华盛顿大学的Francis Richards注意到，在缺氧的海湾，氨总是莫名其妙的减少。他推测这些氨一定是在厌氧条件下被氧化成氮气，要么是无机的，要么是通过一些未知的微生物。当时，海洋学家觉得这个想法很荒谬。

　　但是到了2001年12月，来自德国不莱梅马克斯普朗克研究所的Marcel Kuypers(从事海洋微生物研究)和它的同事决定去黑海对厌氧氨氧化菌进行调查，而黑海则是全球最大的缺氧流域。

　　这个团队从水下85到100米深的地方取水样，因为在该深水层氧气是不存在，并且发现该水层中只含有微量的氨。正如推测的那样，海洋中也发现了厌氧氨氧化菌，这也是他们首次在海洋中发现该菌。厌氧氨氧化菌是异常高效的，并且认为海洋中氮气的产生，一半是来自厌氧氨氧化菌。该现象迫我们使对全球氮循环进行一次重大的反思，并且慢慢说服海洋学家反硝化菌并不是唯一产生氮气的群体。

　　在确定了厌氧氨氧化菌的存在后，我们也同样对它们在这个星球上的能力进行了验证。发现，厌氧氨氧化菌无处不在的，在淡水中、咸水中、公海、海洋沉积物以及污水处理厂都有发现。“有一天你发现了一个被认为是不可能的现象，”Kuenen说，“然后10年后这种现象被证实是无处不在的，并且在全球范围都是很重要的。它们甚至可能躲在你的厨房水槽的排水系统中。”

　　【2】关于厌氧氨氧化——不得不知道的事

　　关于厌氧氨氧化——不得不知道的事

　　目前在国内外水处理行业，厌氧氨氧化已经是家喻户晓的概念。我们都知道厌氧氨氧化能成功减少污水厂六成的能源消耗、节省一至两倍的开销，也减少了九成的二氧化碳排放，成为当下国际上研究最为火热的课题。但是，我们对厌氧氨氧化真的非常了解吗?第一个发现厌氧氨氧化的人是谁、谁又是第一个建立厌氧氨氧化实际工程……下面让小编带你一起涨姿势。

　　一、厌氧氨氧化究竟有多热

　　在目前的污水处理领域，如果说不知道厌氧氨氧化技术，真觉得有点不好意思。

　　(1)厌氧氨氧化是未来概念厂的核心技术

　　(降低能耗)由于厌氧氨氧化工艺是在厌氧条件下直接将氨氮和亚硝氮转化成氮气，同时在好氧段只需将氨氮氧化为亚硝氮，省略后续亚硝氮氧化为硝态氮，所以节省了曝气量。

　　(能源回收)厌厌氧氨氧化菌将传统反硝化过程所需的外加碳源全部省略，污水中的有机物可最大限度的进行回收产甲烷，而不是被氧化成二氧化碳。产生的甲烷又可以作为能源重新利用，从而使污水变废为宝，成为“液体黄金”。

　　因此说，厌氧氨氧化的出现使得污水处理厂从耗能除污的末端，有机会转化为零能耗或者能量输出的化工厂。

　　(2)厌氧氨氧化获得了第五届“李光耀水源荣誉大奖”

　　荷兰专家Mark van Loosdrecht成为“第五届李光耀水源奖”得主。《联合早报》记者黎远漪报道，马克·梵·洛斯德莱特(Mark van Loosdrecht)对厌氧氨氧化技术的发明已广受多国的采纳，而公用事业局在两年前也已在樟宜水供回收厂就这个方法进行实验性测试计划，至今的测试结果相当正面，发言人预计若进展一切顺利，可在一年内进行更大规模的测试。

　　(3)厌氧氨氧化近年来学术文章的发表数量呈井喷姿态

　　下图是web of science 中以anammox检索的文献数量。图中可以看出，从1996年第一篇有关厌氧氨氧化的文章问世，一直到2014年刊载243篇，厌氧氨氧化文章年发表量呈指数增长。可见厌氧氨氧化技术目前在国际上研究是多么火热。

　　二、“五个1”说明厌氧氨氧化的发现到底有多偶然

　　1 个100年以来的观点

　　长期以来大家都认为氨氮只能在有氧的条件下被氧化，根本不相信有厌氧氨氧化的存在。因此对于此观点，就需要非常大的勇气去质疑。

　　1 个很容易被忽视的预测

　　1979年，Broda发表了厌氧氨氧化反应可能存在的预测。但是“不是很多人看了这个文献，看过这个文献的人也不一定记得”。甚至有人尝试富集，但是没有成功。

　　1 个富集了厌氧氨氧化菌的反应器。

　　事实证明，在某些运行的高氨氮废水处理工程中，厌氧氨氧化现象会自然发生。但是对于不明的氮损失，大家或倾向于忽视，或倾向于用原有理论解释。大家想想青霉素发现的故事就可以理解了。

　　1 次工程界和科研界的会晤。

　　发现厌氧氨氧化现象的工程师Mulder，有着敏锐的洞察力，将Anammox申请为专利。更重要的是，他想用科学来解释这个现象。于是和戴尔福特大学教授Kunen就此事交换了意见。从后续的事情来看，这次会面完全改写了历史的发展过程。

　　1 个有能力和有魄力的科学家

　　Kuene一直是小编的偶像之一。Kuene与Mulder交谈完后，说“我记得我在10年前读过一篇报道该现象的文章”。(这也太牛了，上星期的文献小编基本都不记得)。Kuene的回忆使他产生了研究兴趣，更重要的是，他有钱有实验室还有博士生。他开始着手研究，他自己的女博士生格拉芙也显得异于常人的勇气，接受了对当时认为不存在的微生物的研究，幸运的是真发现了厌氧氨氧化，并取得了成功。 最后，为了对科学家Gijs Kuenen的纪念，国际上将厌氧氨氧化菌的第一个鉴定的菌属命名为Candidatus “Kuenen”。

　　写到这里小编突然想起Malcolm Gladwell的《UTLIERS - The Story of Success》书中对于成功的定义：历史的发展总是很难预测，你不知道接下来哪里会有突破，这里面有智慧，勤奋，也有一定的运气。

　　三、厌氧氨氧化的爆炸性效应

　　这个发现就像在悬崖上滚落的雪球，从此全球氮素循环，生命演替历程，污水处理发展都发生了翻天覆地的变化。

　　首先，厌氧氨氧化菌的出现“模糊了细菌的定义”。因为DNA的研究将它们明确归类为细菌属，但是他们的内部细胞器使它们更像真菌。同时，该微生物细胞壁中缺少刚性聚合肽聚糖，这使得它们又类似于单细胞膜的古菌。所以Strous说“它们的出现模糊了细菌的定义”。

　　其次，厌氧氨氧化现象的发现，使全球氮循环也发生变化，因为厌氧氨氧化在整个循环过程中走了个捷径，创造了一个由氨和亚硝直接转换成氮气的途径。

　　最后，厌氧氨氧化技术一旦成熟，那么它将以其自身强大的优势迫使“污水处理工艺的改变”。

　　【3】不可不知的专业词

　　Anammox(Anoxic ammonium oxidation)：

　　厌氧氨氧化

　　Single-stage anammox process：

　　单级厌氧氨氧化工艺

　　One-stage anammox process：

　　一段式厌氧氨氧化工艺

　　Partial-nitrification anammox process(PN/A)：

　　短程硝化-厌氧氨氧化工艺

　　Nitritation-anammox process：

　　亚硝化-厌氧氨氧化工艺

　　以上均指的是短程硝化反应和厌氧氨氧化反应在同一个反应器中同时进行，即氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(anammox-bacteria)同时存在。

　　典型的一体化工艺：

　　OLAND：

　　(oxygen limited autotrophic nitrification denification)限氧自养硝化反硝化工艺。最初由比利时根特大学的Willey教授在1998年提出，这位也是大牛，有兴趣可以搜搜他的文章。这个名称从限氧出发，意在从运行条件说明工艺特点。

　　CANON：

　　(Completelyautotrophic ammonium removal over nitrite)基于亚硝的全称自养脱氮工艺。这个名称主要是从机理出发，可能主要是为了区别其他的自养反硝化。该工艺开发和提出，目前在中文期刊中，常见到一体式厌氧氨氧化工艺常采用这种说法。但是小编不常用这个说法，第一CANON像是佳能相机，像是卡农钢琴曲，猛一看还像加农炮(CANNON)。

　　DEMON：

　　原来的名字是deammonification。因为进水时氨氮，出来全部没有了，也不知道以什么途径去除，就起名为脱氨工艺。后来在推广过程中，这个名字偏长而且不太好记忆，就简化成了DEMON。

　　还有一些水务公司注册的商标，如威立雅的ANITA Mox。实质脱氮原理类似，也是利用氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(AAOB)的协同作用，将短程硝化和厌氧氨氧化置于同一反应器中进行脱氮。

　　Two-stage anammox process两段式工艺：

　　短程硝化和厌氧氨氧化反应各在一个反应器中，即，AOB和anammox-bacteria不同时存在。在荷兰启动成功的第一所厌氧氨氧化实际工程案例就是两段式。

　　目前还有一些提法，是沿用了同步硝化反硝化的简写，但是略有区别。如：

　　SND：

　　(simultaneous nitrification and denitrification)同步硝化反硝化

　　SNA：

　　(simultaneous nitritation andanammox)同步亚硝化厌氧氨氧化

　　SNAD

　　(simultaneous nitritation， anammox and denitrification)同步亚硝化厌氧氨氧化和反硝化

　　【4】一体化厌氧氨氧化工艺

　　首先我们了解下一体化厌氧氨氧化的技术原理：一体化厌氧氨氧化工艺是指AOB和Anammox菌存在同一反应器内，反应器在充氧的条件下，同时发生短程硝化和厌氧氨氧化反应，将进水中的氨氮直接转化为氮气。

　　其方程式是这样的：

　　短程硝化(Nitritation)

　　1.32NH3+1.98O2

　　→ 1.32NO2- + 1.32H+ + 1.3H2O

　　厌氧氨氧化(Anammox)

　　NH3+1.32NO2 + H+

　　→0.26NO3- + 1.02N2+2H2O

　　整体反应(Deammonification)

　　NH3+ 0.85O2

　　→ 0.44N2 + 0.11NO3-+ 1.43H2O + 0.14H+

　　而实际上，一体化厌氧氨氧化工艺是与两段式工艺平行发展起来的，梳理一体化工艺的发展历史，大家会发现工程应用领域和科学研究领域之间微妙的关系。

　　一体化工艺的发展历史

　　1.来自学术界的尝试：

　　在厌氧氨氧化菌初期研究，有重要的一个观点是“厌氧氨氧化菌会受到DO的抑制而失去活性”。从此在富集厌氧氨氧化菌的试验研究中，科研工作者都会尽可能避免溶解氧对厌氧氨氧化菌增殖的抑制。小编在培养厌氧氨氧化菌试验过程中，也对进水进行氮气吹脱以避免氧气影响，也经历过氧气混入进水导致系统脱氮效果大幅下降的情况。因此对于一体化厌氧氨氧化工艺，大家的思维惯性认知是：一体化富集培养厌氧氨氧化菌虽然可行，但是存在溶解氧抑制，一体化较之两段式应该更加困难富集厌氧氨氧化菌。

　　但是科研工作者总是喜欢挑战困难，并且利用事实来说明道理。因此科研工作者运用不同的工艺和启动方式进行了一系列的尝试和研究，通过接种厌氧氨氧化菌或者硝化污泥，控制溶解氧等，在2000年前后，就成功建立了实验室规模的短程硝化-厌氧氨氧化系统。典型的一体化工艺有：OLAND、CANON工艺等。实验室的研究说明一体化工艺具有技术可行性。但是实验室中一体化工艺的负荷较之两段式偏低，导致当时一体化工艺的推广应用的吸引力有限。

　　2.来自工程界的现象：

　　本世纪初，郝晓地教授与Mark教授合作发文，通过模型推测在高氨氮硝化生物膜中必然存在厌氧氨氧化菌生长的条件。那么在实际的高氨氮废水处理工程，能否观察到厌氧氨氧化现象呢?答案是肯定的。在德国的汉诺威等一些高氨氮污水处理厂，在氨氮负荷情况下出现了不明的氮损失，用反硝化反应、同化反应等已知途径都无法合理的解释。2002年到科研人员应用氮示踪和分子生物学技术确认了氮损失主要来自于厌氧氨氧化途径。同时在世界其他各地，也陆续发现高氨氮废水系统中红色生物膜的出现。实际工程中出现的厌氧氨氧化现象说明一体化工艺的工程可行性。

　　3.商业化的尝试：

　　随着对一体化厌氧氨氧化研究的深入，人们逐渐发现，一体化厌氧氨氧化工艺具有启动迅速、流程简单、操作方便的优点。虽然在去除负荷等方面不及两段式工艺，但是一体化在工程应用中的综合优势明显。随着工程建设经验的积累和运行控制策略的完善，目前高氨氮废水厌氧氨氧化工程已经进入到全面推广的阶段。在这个过程中有两个公司走在了全球应用推广的前列。

　　第一个是Paques公司。上一期介绍到，帕克公司参与了世界上首个两段式厌氧氨氧化工程的应用研究。与此同时该公司基于荷兰代尔夫特的技术支持，也开展颗粒污泥形式的一体化厌氧氨氧化工程示范，目前该公司主要推广的也是该工艺形式，而帕克公司建设运行的厌氧氨氧化工程，其处理规模全球第一。

　　另外一个是DEMON公司。DEMON公司在瑞士注册，以絮体污泥和颗粒污泥结合的形式，通过pH进行在线控制，通过旋流分离器实现菌种持留。年推测该公司可能和德国水务集团、瑞士EAWAG以及奥地利因斯布鲁克大学的Benard Wett教授密切相关。目前DEMON公司建设运行的厌氧氨氧化工程，数量全球第一。

　　4.未来发展：

　　目前多家水务集团都开发了不同类型的一体化厌氧氨氧化工艺，并注册专利技术，在国内外进行推广。未来应用厌氧氨氧化技术处理的工程项目会不断增加。高氨氮废水厌氧氨氧化处理领域，还是环保领域的蓝海。

　　【5】厌氧氨氧化为何用于污水处理

　　通过前几期内容，想必大家已经对厌氧氨氧化这个概念已经有了一定的了解。厌氧氨氧化是在缺氧条件下能够将氨氮和亚硝氮转化成氮气的反应，而厌氧氨氧化菌本身属于一种自养菌。自1989年Mulder和Kuenen在厌氧流化床中发现厌氧氨氧化现象以后，厌氧氨氧化反应如雨后春笋在科学界蔓延开来。

　　在生物学领域，学者们通过基因组学研究，到目前为止已发现厌氧氨氧化菌共有5属15种。

　　在地质学领域里，学者们发现厌氧氨氧化菌遍布全球各地。在黑海、阿拉伯海、胜利油田、冰川、地下水、峡湾沉积层及实验室反应器内，甚至是家庭厨房的下水道里都有厌氧氨氧化菌的发现。

　　那么，为什么厌氧氨氧化会用于污水处理行业?

　　由于厌氧氨氧化细菌在自然界氮循环方面是一个革命性的发现，它们会在氮循环中可以产生“短程”现象，从而彻底改变了传统氮循环中NH4+ 只有通过硝化—反硝化途径才能被转变为N2的认识。此外，厌氧氨氧化反应过程中无需有机碳源和氧的介入，因此，如果将厌氧氨氧化技术运用到污水处理中，并且能实现工程化，那就意味着污水脱氮技术有可能朝着可持续的方向发展。

　　当荷兰人Mulder和Kuenen发现厌氧氨氧化后，当时他们想直接利用厌氧氨氧化途径实现氮“短程”转化的尝试，但并没有取得成功。在厌氧氨氧化工程应用变为现实前，荷兰戴尔福特大学在厌氧氨氧化微生物富集和证实方面做了大量研究工作，使厌氧氨氧化在工程化方面迈进了一大步。之后，荷兰一家公司与戴尔福特大学合作，并获得厌氧氨氧化技术专用权，开始对厌氧氨氧化技术进行工程化应用。此外，在欧洲以及亚洲等地也相继看到厌氧氨氧化技术的中试和应用实例。

　　从污水处理工程应用角度看，厌氧氨氧化过程比传统硝化—反硝化脱氮方式具有明显优势。这一过程可以彻底改变过去需要通过投加电子供体(碳源)才能脱氮的传统途径(反硝化)，无需外加碳源。同时，厌氧氨氧化过程不需要曝气，降低曝气能耗，厌氧氨氧化也可以使剩余污泥产量降至最低，从而节省大量的污泥处置费用。如果将厌氧氨氧化以颗粒污泥的形式富集于反应器中，便能维持较高的容积负荷率，这样不仅可以节省占地，还可以节约投资。此外能量消耗减少便意味着CO2排放的降低，因此厌氧氨氧化技术还具有明显的可持续性。

　　【6】厌氧氨氧化在污水处理中的发展史

　　上期向大家介绍了厌氧氨氧化技术为什么会用于处理废水，并对其展开详细解说。那么这一期小编将给大家讲述厌氧氨氧化技术是如何走出试验室，进入到实际的污水处理领域，并在世界范围内引发了大规模的关注。

　　厌氧氨氧化技术从发现到实际工程应用，总共经历了四个阶段：

　　①起点：厌氧氨氧化反应是在一个处理高氨氮废水的厌氧流化床中发现的。当时发现者之一 Mulder 就敏锐的判断到了该技术在污水处理中的应用前景，并顺利申请了专利。Anoxic ammoniaoxidation. US Patent 5, 078, 884 (1992). 从专利到应用经过了十年的时间，包括菌种富集、反应器设计、工程建设和启动等方面。

　　从这个专利来看，厌氧氨氧化应该翻译成缺氧氨氧化。至今仍有人问小编，为什么有硝酸盐参与的反应，还会被叫做厌氧氨氧化?我总解释说，这只是个名字，不要太在意。

　　②富集：如何应用厌氧氨氧化处理污水呢?第一步应该是怎么富集出来这种特殊的微生物。随着人们对这种菌的研究，底物明确为氨氮和亚硝酸盐，适宜的生长条件(pH，温度，微量元素)，抑制因素(DO，有机物)等也逐渐清晰。最终在荷兰戴尔福特工业大学的一个实验室中，率先实现了厌氧氨氧化的富集。富集厌氧氨氧化的反应器有UASB、 SBR、 生物转盘等，这些反应器经证实都是可行形式。

　　③技术流程：那么厌氧氨氧化菌富集成功后，怎么应用呢?我们都知道，厌氧氨氧化反应需要同时存在氨氮和亚硝酸盐氮，且氨氮与亚硝氮的比例接近1:1.32。而半短程硝化反应恰好可以将进水的一半氨氮通过 AOB 传化成亚硝酸盐，正好满足厌氧氨氧化反应的进水要求。而半短程硝化反应器也可以采用 SHARON， SBR 等多种形式。

　　④工程化：荷兰相关科研人员将原有的试验室条件下的反应器，通过数学模型直接扩大10000 倍，在鹿特丹水厂建立了两段式 SHARON + ANAMMOX 实际工程处理污泥消化液。

　　至此，想必大家脑海中会有个疑问，为什么第一个实际工程是处理消化污泥脱水液?

　　消化污泥脱水液单独处理对污水处理厂有诸多好处。而且其水质水量特点非常适合厌氧氨氧化工艺。首先，污泥消化液的温度可达 30 ～ 35℃ ，恰好为后续厌氧氨氧化反应提供良好的进水温度。其次，污泥消化液单独处理可利用原水温度提高微生物的活性，并且结合消化液的高氨氮的抑制作用实现稳定的短程硝化。而消化液中氨氮与碱度的比例适中，有利于控制进水中50%的氨氮被氧化，提供厌氧氨氧化反应器适宜的进水。正是因为消化液上述特点，在2014年的全球范围内的厌氧氨氧化工程统计中，75%的项目是处理污泥消化液。

　　为什么选择SHARON工艺?

　　荷兰、德国等欧洲国家在污水处理新工艺和新设备开发领域一直走在世界的前列。SHARON 工艺由荷兰开发，并且成功应用到鹿特丹水厂污泥消化液的处理中。因此，SHARON 工艺的出水可以直接提供 Anammox 的反应器的进水。

　　帕克公司设计了IC反应器形式的 Anammox 反应器，通过接种试验室培养的anammox 种泥，历经三年，两段式 SHARON + ANAMMOX 工艺终于启动成功，培养出负荷为10kg的厌氧氨氧化颗粒污泥，并保持了长时间的稳定运行。它成为世界上第一个两段式的厌氧氨氧化实际工程，并为后续的工程应用奠定了坚实的基础。

　　另外，第一个两段式厌氧氨氧化工程成功启动后，给全世界的科研和工程人员强烈的信心。如果你自己也做厌氧氨氧化工艺开发和工程应用研究，你会知道不是这个技术不行，而是还没有找到方法或者时机未到。自此，厌氧氨氧化脱氮技术正处于推广应用的新阶段。

　　为什么荷兰会成为厌氧氨氧化工程转化的先行者?

　　这个原因可能有多个，小编认为最重要的一点就在于“产学研用”的模式。戴尔福特大学提供了理论和技术支持，帕克公司提供反应器设计和运行经验，鹿特丹水厂提供了工程实践的场所。这背后还有荷兰国家基金的支持。工程建设成功后，大学获得学术声誉，水务集团获得市场推广的技术，水厂降低了运行费用。国内也从基金领域尝试建立产业联盟，支持产学研结合。但是仍然有一些问题存在，这里就不进一步讨论了。

　　【7】厌氧氨氧化在中国(中国在AMX科学研究与工程应用中的贡献)

　　一、科学研究

　　(1)以发表SCI数量统计，全球研究厌氧氨氧化的科研院所前十名单中，中国占了六席，其中中国科学院、北京工业大学(彭永臻院士SCI数量全球第三)、浙江大学(郑平教授SCI数量全球第四)、哈尔滨工业大学分别位列全球科研院校第三、四、五、六名。

　　(2)以发表SCI数量统计，全球研究厌氧氨氧化的国家名单中，中国排名第一，前五名分别是中国、美国、荷兰、德国、日本。

　　二、工程应用

　　(1)郑平教授指导的学生注册公司，在Anammox技术处理禽畜养殖废水、制药、光伏废水方面作出了突出贡献。

　　(2)彭永臻院士的学生--张树军博士在到北京城市排水集团工作之后，在公司的持续支持下开展了“红菌”脱氮技术的研究工作，从实验室研究到中试及示范再到产业化推广都取得了不错的成果。

　　张树军博士取得了四个方面的成果：研发了生产性规模的红菌富集和纯化技术;芮诺卡红菌生物脱氮工艺及集成技术;红菌种菌生产、储存及复壮技术;低碳氮比城市污水厌氧氨氧化脱硫技术。这种情形是国内水业不多见的优秀案例。

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