生物-厌氧氨氧化（Anammox）工艺为何难以在污水处理厂大规模推广？

生物脱氮技术——厌氧氨氧化（Anammox）工艺为何难以在污水处理厂大规模推广？

序言：

“厌氧氨氧化生物脱氮工艺”早在20002年就已经在污水处理厂实际运用了，但推广率极低，在国内很难找到几座运用该技术的污水处理厂。从它的原理可以知道，相比传统的硝化、反硝化脱氮工艺，其具有低能耗（可无需大量曝气）、无需碳源（自养微生物）两个巨大的优势，采用该处理工艺，脱氮运行成本将可以极大降低。

一、厌氧氨氧化的技术原理

1.定义：厌氧氨氧化（Anammox）技术被誉为21世纪初污水生物处理的革命性突破。它利用一类特殊的自养细菌——厌氧氨氧化菌，在厌氧或限氧条件下，将氨氮（NH??）和亚硝酸盐（NO??）直接转化为氮气（N?），实现高效脱氮。这一过程颠覆了传统硝化-反硝化需要大量氧气和有机碳源的工艺流程。

2.核心原理：

化学反应核心：NH?? + NO?? → N? + 2H?O。厌氧氨氧化菌直接将氨与亚硝酸盐“对接”，生成无害的氮气，无需将氨氮完全氧化至硝酸盐再还原。

细胞固碳：该菌群利用无机碳（如CO?/HCO??）作为碳源，通过化能自养方式生长，大幅节省有机碳源消耗。

节能显著：相比传统工艺，理论上可节省约60%的曝气能耗（无需完全硝化）、100%的有机碳源（无需反硝化）、减少高达90%的剩余污泥产量。

二、实现条件与核心难点

1.反应控制条件：

（1）精准亚硝酸盐供给： 需将部分氨氮精确氧化为亚硝酸盐（短程硝化），维持稳定的NO??浓度（通常<30mg/L）。过高会抑制菌体活性，过低则反应不足。

（2）溶解氧（DO）精控： 需在反应器内创造局部的缺氧/厌氧微环境（DO < 0.5 mg/L），为Anammox菌提供生存空间，同时保证氨氧化菌存活提供NO??。

（3）温度要求： 最适温度30-40°C。低温（<15°C）会显著降低菌群活性，增加运行难度。

（4）水质要求： 对有毒物质（如重金属、有机物、硫化物）敏感，悬浮物（SS）含量需低。

2.工艺实现难度：

（1）启动极其缓慢： Anammox菌世代时间长（10-14天）、倍增缓慢（约11天），反应器启动通常耗时3-12个月甚至更长。

（2）污泥滞留困难： 需特殊反应器设计（如颗粒污泥、生物膜系统）才能有效截留生长缓慢的Anammox菌。

（3）工艺耦合复杂： 稳定实现短程硝化（提供NO??）并将其与Anammox反应高效耦合（如单段或两段式工艺），是工程控制的关键挑战。

（4）抗冲击负荷弱： 对进水水质、水量、温度波动的耐受性较差，运行稳定性维护难度大。

三、目前使用该工艺的代表性案例

1.荷兰鹿特丹Dokhaven 污水厂（全球首个全规模应用 - 2002年）： 采用SHARON?（短程硝化） + Anammox?工艺处理污泥消化液。成功运行多年，是技术工程化的里程碑。

2.奥地利Strass 污水厂： 全球能源自给率最高的污水厂之一。其侧流DEMON?工艺（基于Anammox）处理消化液，大幅降低能耗，助力全厂实现超过100%的能源自给。

3.新加坡樟宜新生水厂（Changi Water Reclamation Plant）： 在其侧流处理中大规模应用Anammox技术（DEMON工艺），处理污泥消化液，提升处理效率与可持续性。

4.中国北京高碑店再生水厂： 中国最早引入并成功运行侧流Anammox技术（DEMON工艺）的大型污水厂之一，用于处理污泥消化液。

5.中国北京槐房再生水厂： 采用了基于MBBR的Anammox工艺处理热水解后的污泥消化液。

四：未普及推广的原因分析？

尽管优势巨大，厌氧氨氧化实际运用仍然很低，尤其在市政污水主流处理领域。主要有以下几点的原因分析：

1、技术门槛高，控制复杂： 对水质波动敏感，对溶解氧、亚硝酸盐浓度、温度等参数的控制精度要求极高，远超传统工艺。运行维护需要高水平技术人员。

2、启动缓慢投资大： 漫长的启动期（数月甚至超1年）增加了项目初期成本和风险；为实现菌种富集和污泥持留所需的特殊反应器（如颗粒污泥床、MBBR）初始投资较高。

3、缺乏设计及相关的运行经验： 相对于百年历史的活性污泥法，厌氧氨氧化技术实际工程应用仅有约20年历史，设计规范、运行手册、故障处理经验库远未成熟。

4、微生物的环境条件难以控制： 市政污水低温（尤其冬季）、低氨氮浓度、复杂水质成分（COD、SS、抑制物）、水量波动大等特点，与Anammox菌的最佳生长条件差距显著，稳定运行比较困难。

5、对传统脱氮工艺的依赖及信任： 传统硝化反硝化工艺成熟可靠、操作简单、耐冲击负荷能力强、设计运行经验丰富且有大量成功案例支撑，形成强大的支撑惯性。毕竟很少有人会考虑放弃成熟工艺，而拿着新工艺去做项目，而且冒着巨大的投资风险。