俞汉青：厌氧氨氧化废⽔处理技术发展和应⽤启⽰（完整版） 本⽂已获得授权
11⽉30⽇，中国科学技术⼤学教授俞汉青在由⽔环境与⽔⽣态分会主办的2018⾸届中国城市⽔环境与⽔⽣态发展论坛上，发表了《厌氧氨氧化废⽔处理技术发展和应⽤的启⽰》主题报告，讲述了厌氧氨氧化技术发现、发展和应⽤的历史，特别是总结梳理了其在中国的研究和⼯程进展，系统且⾮常⽣动。我们根据现场录⾳和整理成⽂与读者分享。 污⽔脱氮是近40年环境⼯程界最活跃的研究领域之⼀，从硝化-亚硝化，到反硝化脱氮、甲醇反硝化，再到同时硝化-反硝化、短程硝化-反硝化，脱氮技术不断取得创新发展，并产⽣了厌氧氨氧化（Anaerobic ammonia oxidation，Anammox）这样⼀项污⽔处理的颠覆性技术，开创了功能菌在复杂污⽔处理系统实际应⽤之先河。
从作为⾃然界的现象被发现，到基础研究、⼯程应⽤，厌氧氨氧化技术发展也经历了⼤约40年时间，这是⼀个需要投⼊和成长的过程，离不开该领域⼀⼤批⼈的基础研究、论⽂成果和产学研的协同合作。
什么是Anammox？
Anammox是在⽆氧条件下，以氨为电⼦供体、亚硝酸为电⼦受体，产⽣氮⽓和硝酸的⽣物反应。Anam
mox包括两个过程：⼀是分解（产能）代谢，即以氨为电⼦供体，亚硝酸盐为电⼦受体，两者以1:1的⽐例反应⽣成氮⽓，并把产⽣的能量以ATP的形式储存起来；⼆是合成代谢，即以亚硝酸盐为电⼦受体提供还原⼒，利⽤碳源⼆氧化碳以及分解代谢产⽣的ATP合成细胞物质，并在这⼀过程中产⽣硝酸盐。厌氧氨氧化菌 (Anaerobic ammonia oxidation bacteria, AnAOB)是厌氧氨氧化的实施者。
NH4++ NO2-= N2+ 2H2O，ΔG=-358kg/mol
（ANAMMOX）
厌氧氨氧化菌
Anammox现象的发现
第⼀个对厌氧氨氧化现象进⾏探索的⼈是奥地利理论化学家Engelbert Broda，他在1977年发表关于氮循环的论⽂，基于热⼒学分析⽽指出⾃然界可能存在由微⽣物主导的氨氮与亚硝氮反应⽣成氮⽓的反应。
Engelbert Broda (1910 -1983)
奥地利理论化学家
20世纪90年代初，荷兰代尔夫特理⼯⼤学 Kuenen教授指导的学⽣Arnold Mulder在运⾏⼀个三级废⽔⽣物脱氮反应器时，观察到第⼆级流化床反应器中氮“不明去向”的⼤量消失。
Johannes Gijsbrecht Kuenen教授
（原荷兰微⽣物学学会会长）
（原荷兰微⽣物学学会会长）
Mr. Arnold Mulder
之后，van de Graaf开展⼤量的探索⼯作，他们结合Broda博⼠的化学热⼒学预测，在国际上⾸次发现了Anammox现象。
van de Graaf博⼠
Anammox的基础研究
Anammox现象被发现之后，Kuenen教授的⼀位主要助⼿Mike Jetten博⼠专注于Anammox的微⽣物学研究，并在加盟荷兰奈梅亨⼤学微⽣物系之后，组织团队展开了长期的基础研究⼯作，发现和培养了新的参与氮、硫和碳转化的微⽣物，采⽤分⼦⽣物学、结构化学和宏基因组学从基因、细胞、个体和⽣态系统⽔平揭⽰相关微⽣物的反应机理。
M.S.M. Jetten教授
荷兰奈梅亨⼤学微⽣物系
他的主要学术贡献是：
•发现Anammox微⽣物新种。Anammox⽬前包含5个属的微⽣物，Jetten教授团队对其中4个属微⽣物的发现都起到了⾮常重要的作⽤。
•
探明 Anammox反应的微⽣物机理。Jetten教授团队阐明了Anammox反应的代谢路径与菌种独特细胞结构，发现了Anammox微⽣物的⽣态多样性，确认厌氧氨氧化细菌的⾝份——⾪属于浮霉菌门（planctomycete），⽣长缓慢，倍增时间长达2周。在这之后他们进⼀步探究了联胺合成酶的结构，结合分⼦⽣物学实验验证了Anammox的过程机理，并发现anammox细菌在⾃然界中⼴泛分布，是⾃然界氮循环中⾄关重要的⼀环。
Anammox细菌具有致密的厌氧氨氧化体及独特的阶梯烷膜脂结构
Anammox的应⽤研究——第⼀座⽰范⼯程
含盐废水处理Kuenen教授的另⼀位主要助⼿Mark van Loosdrecht教授则在Anammox的实际应⽤⽅⾯有很⼤的贡献。他利⽤数学模型作为研究⼯具，并在公司的协助下，建⽴了全球第⼀座Anammox⽰范⼯程——荷兰⿅特丹Dokhaven污⽔⼚。他在2007年和2014年在《Science》上发表了关于厌氧氨氧化⽅⾯的⽂章。
Mark van Loosdrecht教授
Anammox的国际⼯程应⽤
⽬前，Anammox主要⽤于污泥消化液和含⾼氨氮⼯业废⽔的处理，且技术发展已较为成熟，在美国、德国、瑞⼠等有较多的应⽤案例。
根据Anammox污泥形态的不同，⽬前Anammox⼯艺分为以絮体为主的DEMON⼯艺、以⽣物膜为主的ANITA⼯艺和以颗粒为主的ANAMMOX⼯艺。
1.DEMON(悬浮)——奥地利Strass污⽔⼚
奥地利Strass污⽔处理⼚是全球⾸座采⽤DEMON的污⽔⼚。污泥消化液的厌氧氨氧化主要有两个⽅⾯的核⼼技术：⼀是基于pH的DO实时控制短程硝化，另⼀个是基于物理分离技术实现双泥龄，采⽤旋流分离器（DEMON1.0），后改进为微筛选择器（DEMON2.0）。Strass污⽔⼚⽬前在厌氧氨氧化做的⾮常成功，氨氮去除率约80%，总氮去除率20%-25%，出⽔氨氮控制在5mg/L以下。⽬前这种⼯艺在美国、德国、瑞⼠等也都做的⾮常好。
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