推薦理由：自活性污泥法成功用于城市污水處理以來，歷經百年，彌久不衰。但隨著經濟快速發展，大量有機污染物進入水環境，導致水體富營養化、水華現象、藍藻爆發事件頻發。同時為了進一步降低傳統活性污泥法能耗、占地面積，提高氮、磷的去除效能和能源回收，顆粒污泥技術應運而生。

荷蘭代爾夫特理工大學教授Mark van Loosdrecht院士指出，未來污水處理生物技術主要是厭氧氨氧化(Anammox)、好氧顆粒污泥(AGS)技術。由于Anammox 微生物繁殖速率低，世代周期長，在實際應用中容易隨污泥流失導致難以快速培養。而顆粒污泥因其具有優異的沉降性能，可以保留大量生物群體，抵抗沖擊能力強，能有效解決污泥流失的困境，對復雜的環境條件具有較強的適應性。耦合Anammox和顆粒污泥的優勢，因而有關Anammox顆粒污泥相關研究迅速開展。然而有關Anammox顆粒污泥的性質、影響因素、局限性和應用的研究進展相關報道并不多見。蘇州科技大學陳重軍副教授一直從事Anammox相關研究，并對Anammox顆粒污泥特性、形成因素、應用狀況進行分析。近期，該研究小組將此研究成果以“Research advances in anammox granular sludge: A review”為題，發表在環境領域期刊Critical Reviews in Environmental Science and Technology。

——同濟大學浙江學院、《中國給水排水》青年編委 劉俊 博士

該研究獲得了國家自然科學基金（51508366）、中國博士后科學基金（2020M671400）、江蘇省自然科學基金（BK20201450）的資助。研究成果以“Research advances in Anammox granular sludge: A review”為題，發表在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（SCI，IF= 8.302，1區Top）DOI:10.1080/10643389.2020.1831358

中文摘要

厭氧氨氧化 (Anaerobic ammonium oxidation，Anammox)是在厭氧條件下，厭氧氨氧化菌(AnAOB)以NO2--N為電子受體，氧化NH4+-N為N2的過程。該過程無需外加有機碳源，主要應用于高氨氮、低碳源廢水處理，為實現自養低耗脫氮提供了新途徑。然而，AnAOB繁殖速率低，倍增時間長，在實際應用中很容易隨污泥流失導致難以快速培養。顆粒污泥因其具有優異的沉降性能，可以保留大量生物群體，抵抗沖擊能力強，能有效解決污泥流失的難題，對復雜的環境條件具有更強的適應性，成為Anammox的主要選擇形式。本文綜述了厭氧氨氧化顆粒污泥的性質、影響因素、局限性以及應用的研究進展，旨為厭氧氨氧化顆粒污泥的研究和工程應用提供參考。

圖文摘要

1 引言

傳統生物脫氮工藝是基于硝化-反硝化過程，最后轉化為氮氣，工藝流程長，脫氮負荷低，占地面積大，投資高。因此，進一步探索高效率、低能耗的廢水脫氮技術已成為廢水脫氮領域的重要內容。厭氧氨氧化 (Anaerobic ammonium oxidation，Anammox)是在厭氧條件下，厭氧氨氧化菌(AnAOB)以NO2--N為電子受體，氧化NH4+-N為N2的過程。該過程無需外加有機碳源，主要應用于高氨氮、低碳源廢水處理，為實現自養低耗脫氮提供了新途徑。然而，AnAOB繁殖速率低，倍增時間長，在實際應用中很容易隨污泥流失導致難以快速培養。顆粒污泥因其具有優異的沉降性能，可以保留大量生物群體，抵抗沖擊能力強，能有效解決污泥流失的難題，對復雜的環境條件具有更強的適應性，成為Anammox的主要選擇形式。本文綜述了厭氧氨氧化顆粒（AnGS）的性質、影響因素、局限性以及應用的研究進展，希望能為AnGS的研究和工程應用提供借鑒。

圖1 Anammox顆粒污泥（表觀、顯微態）

2 圖文導圖

該綜述首先介紹了AnGS的優點及形成過程。顆粒污泥比絮體污泥更致密，微生物結構更強，AnGS可以在不需要載體的情況下確保完全的生物量保留。此外，由于它們的高沉降速度，可以采用高水力負荷，而不會對生物量造成相應的沖刷。顆粒污泥由微生物細胞、胞外聚合物(EPS)和無機物等組成。AnGS的形成過程見圖2。

圖2 AnGS形成過程機理研究

文章介紹了AnGS的性質、影響因素、局限性及應用的研究進展。AnGS一般呈球形且表面光滑，可分為沉降顆粒和漂浮顆粒，沉降顆粒的平均粒徑為（2.96±0.99）mm，小于漂浮顆粒的平均直徑，即(4.58±1.22)mm，研究發現沉降性能和反應器的總體性能呈現正相關，即顆粒沉降性越高，反應器的性能越好。而AnGS的粒徑與密度成反比。因此，增大粒徑會導致AnGS的密度降低，從而導致顆粒污泥的上浮。根據Anammox工藝的沉降模型，1.75~4.00mm的粒徑被認為是Anammox工藝有效運行的最佳粒徑。為防止顆粒污泥上浮，建議AnGS的粒徑始終保持在2.20mm以上。AnGS獨特的胭脂色也表明了AnAOB的高活性，但它們的顏色仍然可以從胭脂紅到褐色或黑色，主要受到AnAOB中血紅素c的濃度影響，見圖3、4。

圖3 厭氧氨氧化顆粒污泥形態（表觀、顯微態、SEM）（Daetal.,2019）

圖4 厭氧氨氧化顆粒污泥表面SEM(A(D)、B(E)、C(F)分別為黑色、棕色、紅色AnGS)

同時，一定濃度有機物的存在會對AnGS的污泥特性造成影響，隨著濃度的升高，AnGS由磚紅色轉變為黑色，顆粒結構會造成顯著影響（見圖5）。AnGS的形成及性能不僅受底物濃度、溫度、pH值、HRT和SRT等因素的影響，胞外聚合物(EPS)的聚集、流體動力剪切力和攪拌速度、無機離子的存在以及廢水中納米顆粒的存在等因素的影響不容忽視。

圖5 厭氧氨氧化顆粒污泥的理化性質變化（在COD濃度分別為0, 50, 100, 150 and 200 mg/L脅迫100d，平均粒徑、沉降速度、完整度系數和濕密度）

厭氧氨氧化顆粒污泥在實驗室規模、中試規模和工程應用各個層面上均取得成功，具有巨大優勢，見表1。

表1 厭氧氨氧化顆粒污泥在不同反應器中的應用

然而，厭氧氨氧化在實際應用中仍存在一些局限性。比如顆粒污泥的上浮現象、AnGS的儲存及重金屬的影響等，仍然限制著AnGS的大規模應用。較高脫氮負荷導致氮氣產量的增加可能是AnGS上浮的主要原因之一。也有專家認為顆粒污泥內部形成的氣穴也會造成顆粒上浮。而對于AnGS的儲存，應該選擇新方法替代冷凍保存。而重金屬的不同類型、數量會不同程度地抑制AnGS的形成，也為厭氧氨氧化顆粒污泥處理工業廢水帶來了難度。

3 結論與展望

研究者們已對AnGS的結構性質、影響因素等進行了研究，為Anammox快速顆粒化和穩定運行提供了基礎，但仍存在一些局限性。比如厭氧氨氧化顆粒污泥的上浮、儲存及重金屬敏感性均限制AnGS的大規模應用，亟待在未來研究中著手解決。