Page 153 - 《环境工程技术学报》2022年第5期

第 5 期 刘华光等：厌氧氨氧化在城市污水脱氮处理中的研究与应用进展 · 1509 ·

所带来的环境效益和社会效益有限。随着研究的深
入，众多学者致力于 将 Anammo 推广到氮素排量更
x
大的城市污水处理体系中，其研究 的 2 条技术路线
聚焦于短程硝化耦合厌氧氨氧 化 (partial nitritation
coupled Anammox，PN/A 和短程反硝化耦合厌氧氨氧
)
化 (partial denitrification coupled Anammox，PD/A)。
]
[6
J 等 通 过 PN/ A 协同部分内源反硝化实现了对城
i
市污水的高效脱氮，表明该工艺在城市污水处理的
经济高效和节能方面具有很大潜力；D 等 构建了
[7
]
u
PD/ 系统处理城市污水，在低碳氮比条件下获得了
A
出 水 T N 浓度小 于 5.0 mg/ 的稳定出水效果。目
L
前，关于城市污 水 Anammo 处理的研究虽然在小试
x
规模层面取得了较多成果，但运用到实际工程中的
成功案例较为鲜见。
鉴于此，笔者 从 Anammo 的生化机制出发，总
x
结了 将 PN/ A 和 PD/ A 应用到城市污水脱氮处理的
运行调控措施，同时从工程化应用角度归纳了城市
污水实 现 Anammo 处理的工艺模式和所面临的瓶
x
颈问题，对比分析 了 PN/ 和 PD/ 在城市污水处理
A
A
中的脱氮性能、降耗减排效果、工艺特征及应用场
景，最后讨论并展望 了 Anammo 在城市污水脱氮处
x
理中的应用研究方向，以期为推 进 Anammo 技术在
x
城市污水体系的规模化应用提供借鉴和参考。
注：bc 为细胞色素复合物； 为辅 酶 Q；ATPas 为 e AT 合成酶。
1
P
Q
1 Anammo 生化机制
x
图 1 Anammo 反应机理模型 [10-11]
x
Anammo 是指厌氧或缺氧条件下，厌氧氨氧化 Fig.1 Model diagram of Anammox metabolism
x

+
−
菌 (Anammox bacteria，AnAOB 利 用 NH NO 作 −
和
)
4 2 源，具有经济环保的优点。然而，城市污水 中 NO 浓
2
为底物生成氮气的过程 。目前普遍认可 的 Anammox 度不足， 给 Anammo 在该领域的应用带来障碍，因
[8]
x
反应化学计量方程如下所示 ： 而将此技术的优势发挥到城市污水脱氮处理的关键
[9]
+
+
−
−
NH +1.32NO +0.066HCO +0.13H → 1.02N 2 + 是解 决 NO 的稳定来源问题。目前能够在城市污水
3
−
2
4
2
−
0.26NO +0.066CH 2 O 0.5 H 0.15 +2.03H 2 O （1） 中实 现 Anammo 脱氮 的 条可行路径分别 是
3
关 于 Anammo 的脱氮机理现 有 2 种主流观点： x 2 PN/A
x
和 PD/A。
1）Jette 等 [10 ] 提出的以羟 胺 (NH OH 为中间产物
n
)
2
的 Anammo 反应机理模型〔 图 1（a)〕，此观点认为 2 基 于 PN/ 的城市污水脱氮路径
x
A
NO 首先吸 收 4 个低能电子并被还原 为 NH OH，随
−
2 2 城市污水处理 向 Anammo 转变的一条重要途
x
后 与 NH 反应生成联 氨 (N H )，紧接着在释 放 4 个
3
2 4 径 是 PN/A。 图 展示了基 于 的氮去除路线，
电子过程中分解 为 N ；2）Kuenen [11 ] 提出的 以 N 为 2 PN/ A
O
2 在该耦合体系中， 约 的 NH 被氧化 为 NO 后停
+
−
中间产物 的 Anammo 反应模型〔 图 1（b)〕，此观点认 57 % 4 2
x
+
止 硝 化 ，AnAO B 利 用 剩 余 43 % 的 NH 与 生 成的
−
为 NO 首先 在 NO 还原 酶 (NIR 催化下获得一个电 4
−
)
2 2 NO 直接反应生成氮气，无需反硝化过程便可完成
−
子后生 成 NO，然后 在 N H 水解 酶 (HH 催化下获 2
4
)
2 脱氮，PN/ 自养脱氮反应如下式所示：
得 3 个电子并 与 NH 结合生 成 N H ，最后 经 N H A
+
4 2 4 2 4 NH +0.85O → 0.44N +0.11NO +0.14H +1.43H 2 O
+
+
−
氧化还原 酶 (HAO 催化生 成 N 。 4 2 2 3
)
2 （2）
上 述 2 种机理阐述的氮转化中间产物有所差 显然， 将 PN/ 运用到城市污水处理中能够极大
A
别 ， 但 均 表 明 Anammo 反 应 过 程 需 要 以 NH 和 地提高脱氮效率；同时，相比于传统生物脱氮方式，
+
x
4
−
NO 作为反应底物，无需氧气参与、不消耗有机碳 PN/ 不仅可以减少 近 60 % 的耗氧量和超 过 80 % 的
A
2