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，将分两期与读者分享。
点击查看上篇：俞汉青：厌氧氨氧化废水处理技术发展和应用启示(上)
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，并以其自身强大的优势将推动污水处理工艺呈现“革命性” 改变，也是中国污水处理概念厂重点关注的核心技术之一。从上世纪厌氧氨氧化菌被带回国内引燃环境界的研发热潮至今，厌氧氨氧化技术在中国的研发、应用持续升温，但也面临着国内生活污水进水高C/N比、低氮浓度以及低温环境等挑战。
Anammox菌种被带回中国——中国开展厌氧氨氧化系统研究
浙江大学郑平教授，被称为中国Anammox之父，自上世纪80年代初开始，长期从事环境微生物与废水生物处理方面的教学和科研工作。
上世纪90年代，郑平教授将荷兰的一些Anammox菌种带回国内开始了长期的研究，主要做了三方面的工作：一是Anammox菌种的研究;二是基于Anammox的菌种的工艺研究;三是基于Anammox的菌种的装备研究。其主要目标是取得更高的容积去污能力、更低的运行成本和更稳定的工艺性能。
郑平教授团队改进的Anammox工艺容积效能达到文献报道最高值(74.3~76.7kg N·m-3·d)，并成功应用于浙江的海森药业有限公司废水处理工程，这是中国第一个厌氧氨氧化废水处理的实际工程。
此外，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。
郑平教授以前的学生--浙江大学胡宝兰教授研究了Anammox细菌在中国不同自然生态系统中的分布及贡献。她发现，Anammox细菌广泛存在于不同的自然生境中，且沉积物的有机碳和无机氮是影响Anammox分布的主要因素。她还发现人类活动影响了Anammox菌的分布，甚至特定Anammox菌可作为人类活动的指示菌。
浙江大学胡宝兰教授
郑平教授的另一位学生--杭州师范大学金仁村教授对Anammox技术的研究也做出了重要贡献：解决了Anammox工艺的低温运行技术难题;筛选出了Anammox工艺关键抑制因子，掌握了相应的调控对策;研发出Anammox菌种的筛选、培养、保藏和重激活的系统方法。
杭州师范大学金仁村教授
在截止到2018年6月份的全球发表的Anammox研究的SCI论文统计中，Mike Jetten教授发表的论文数最多，其次就是金仁村教授。彭永臻院士、郑平教授和Mark van Loosdrecht教授的Anammox论文数分别列全球第3、4和5位。这也从侧面反映了我国学者对Anammox研究的重要贡献。
我自己的实验室也曾开展过关于Anammox的研究工作，尝试利用普通的好氧颗粒污泥作为培养接种污泥，历经近5个月培养出了结构密实、活性良好的Anammox颗粒污泥，为Anammox种污泥的获取找到了一个途径。
北京排水集团的“红菌”脱氮技术研究和中试
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。
北京城市排水集团张树军博士
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。
工程应用：Mainstream/生物膜——西安第四污水处理厂
西安第四污水处理厂设计总规模50 万吨/天，一期规模为25 万吨/天，采用倒置A/A/O工艺，执行一级B排放标准，后经升级，改造为正置A/A/O工艺，在缺氧及厌氧池投加填料并延长HRT，通过搅拌+曝气实现填料流化，出水水质成功由一级B提升为一级A标准。
该厂的MBBR在长期运行后，缺氧池和厌氧池内所投加填料表面生物膜呈现微红色。由于Anammox细菌富含细胞色素c等蛋白，红色为其区别于其他脱氮微生物的特征颜色。这暗示Anammox有可能在填料表面实现了富集。
国内不同单位通过污泥厌氧氨氧化活性测试、基因组学测序、同位素示踪反应等多种手段的综合检测，得出两个结论：
填料上确实富集了Anammox细菌，其丰度显著高于悬浮污泥;
Anammox参与到污水脱氮过程，且对TN脱除的贡献率约占15%。
西安第四污水厂Anammox现象的发现像我们提出了如下的问题：
西安第四污水厂现象发生的机制是什么?
边界条件是什么?
如何进一步优化以提升Anammox对TN去除的贡献率?
西安第四污水厂现象是偶然还是必然现象?
如何在其它实际工程中完整复制?
Anammox在城市污水主流程实际应用的挑战
一是如何在低温条件下高效稳定运行?Anammox菌的活性随着温度降低而下降， 但只要运行控制得当，该过程是可以在适中温度下进行。
二是如何在高C/N对比、低氮浓度以及低温环境下淘汰或者抑制异养反硝化菌DNB和亚硝酸盐氧化菌NOB?一些控制策略如：残余氨氮、DO限制、短暂缺氧、进水COD限制、好氧SRT的控制等能够实现对DNB和NOB的淘汰和抑制。
三是如何有效保证Anammox菌在反应器内有足够的生物停留时间从而抵消其低生长速率的影响?Anammox反应器的载体或者生物扩增可实现生物持留效果。
Anammox技术应用的启示
从研究的角度，首先要重视对偶然性结果的深入剖析，如果一开始没有科研人员对实验中现象反复的长时间的投入研究，就难以有Anammox的发现;其次是论文发表的必要性以及文献阅读的重要性，如果没有Engelbert Broda教授1977年发表的关于自然界氮循环热力学分析的论文，还有Kuenen课题组成员的阅读，或许厌氧氨氧化的发现还要推后很多年;再次是基础研究的重要性，好的基础研究可以推动厌氧氨氧化的发展;此外，众人拾柴火焰高，科研人员的合作对于新技术的研发是十分重要的。
从技术的角度，一开始Anammox的技术应用就找到了绝佳切入点——高温、高氨氮的污泥消化液;随后发现Anammox菌对有机物、重金属、毒物等具有超强的耐受力;Anammox技术开创了功能菌在复杂污水处理系统实际应用的先河;尽管污水处理系统极其复杂，功能微生物能够在其中发挥重要的作用。
从基础研究到实际应用的过程并不对立，这个过程需要一个投入和成长的过程，还需要产学研的协同合作来实现。
致谢
感谢郑平教授(浙江大学)、胡宝兰教授(浙江大学)、王伟副教授(合肥工业大学)、金仁村教授(杭州师范大学)、黄宝成博士(杭州师范大学)和张正哲同学 (同济大学)提供的宝贵资料。
原标题：JIEI | 俞汉青：厌氧氨氧化废水处理技术发展和应用启示（下）
