蒙小俊，朱 妮

（安康學院旅游與資源環(huán)境學院，陜西安康 725000）

化肥的過度使用、工業(yè)和生活廢水處理不達標、牲畜廢水排放不當?shù)染鶗е逻^多氮素進入水體，造成水體富營養(yǎng)化，生態(tài)失衡并危害人體健康〔1〕。有效處理含氮廢水不僅可以改善環(huán)境，對可持續(xù)發(fā)展也有非常重要的意義〔2〕。污水處理設(shè)施在廢水脫氮中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但主流傳統(tǒng)硝化反硝化曝氣能耗大，需補充外源有機物并產(chǎn)生大量污泥，增加了污水運營成本，出水水質(zhì)也難以滿足嚴格的排放標準要求〔3〕，尋求更經(jīng)濟高效的脫氮途徑成為目前污水處理面臨的挑戰(zhàn)。

厭氧氨氧化（Anammox）反應為污水脫氮帶來革命性變革。該反應是厭氧氨氧化菌（AAOB）以NO2?為電子受體，將NH4+氧化為N2的自養(yǎng)脫氮過程。相比于傳統(tǒng)脫氮過程，Anammox 過程能降低50%的曝氣量、100%的有機碳源、90%的運行費用，釋放更少的溫室氣體，污泥產(chǎn)率低，且具有更少的空間需求〔4〕，成為迄今為止最簡捷的污水生物脫氮途徑。近年來以Anammox 技術(shù)為核心的脫氮工藝得到快速發(fā)展，如單級短程硝化-厭氧氨氧化工藝（SNAP）、全程自養(yǎng)脫氮工藝（CANON）、短程硝化?厭氧氨氧化（Sharon-Anammox）工藝、短程反硝化?厭氧氨氧化工藝（PD/A）、短程硝化?厭氧氨氧化?反硝化工藝（SNAD）、短程硝化?厭氧氨氧化?短程反硝化工藝（SPNAPD）等。世界范圍內(nèi)已建成200 余座Anam?mox 工程，用于處理市政污泥液、半導體生產(chǎn)廢水、制革生產(chǎn)廢水、垃圾滲濾液和污泥消化液等。此外，Anammox 工程在新加坡樟宜回用水處理廠和西安市第四污水處理廠主流工藝中實現(xiàn)了穩(wěn)定運行。

盡管Anammox 脫氮具有技術(shù)優(yōu)勢，但AAOB 生長速率低、倍增時間長，工程應用面臨障礙。基于AAOB 特性的富集培養(yǎng)一直是Anammox 研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點〔5〕。筆者對近年來Anammox 的相關(guān)研究進行梳理和分析，總結(jié)了AAOB 的生物特性、富集策略和培養(yǎng)過程，并對該領(lǐng)域未來的研究方向進行展望，以期為Anammox 工程應用提供一定支持。

1 AAOB 的生物特性

1.1 AAOB 分布與種類

AAOB 屬于細菌，存在于自然生境及生物反應器、污水處理廠等人工環(huán)境中，在全球氮循環(huán)中起到重要作用。約50%釋放到大氣中的N2與AAOB 有關(guān)〔6〕。據(jù)最新報道AAOB 共有6 屬27 種〔7〕，6 屬分別為Ca. Anammoxoglobus（2 種）、Ca. Brocadia（6 種）、Ca. Anammoximicrobium（1 種）、Ca. Kuenenia（1 種）、Ca. Scalindua（14 種）和Ca. Jettenia（3 種）。Ca. Kue?nenia、Ca. Anammoxoglobus、Ca. Brocadia和Ca. Jette?nia多在生物反應器中發(fā)現(xiàn)，Ca. Scalindua主要存在于海洋和一些低氧自然環(huán)境，Ca. Anammoximicro?bium于河底泥中發(fā)現(xiàn)。自然環(huán)境中發(fā)生種內(nèi)和種間競爭，AAOB 占據(jù)不同的生態(tài)位〔8〕，致使不同生境中AAOB 的種類和豐度不同。研究表明，農(nóng)業(yè)土壤生 境 中 以Ca. Brocadia（72.3%）和Ca. Kuenenia（22.8%）為主；而海洋生境中Ca.Scalindua占絕對主導地位，達到98.4%；河口是陸地淡水與海水的混合區(qū)域，存在Ca. Kuenenia、Ca. Brocadia和Ca. Scalin?dua，但以Ca. Scalindua（68.7%）為主；濕地作為與淡水、海洋和土壤都相關(guān)的復合生態(tài)系統(tǒng)，其AAOB 特征與河口相似〔9〕。AAOB 在不同環(huán)境中的群落結(jié)構(gòu)組成和豐度受碳氮比、有機物、溫度、鹽濃度及無機氮等的影響。其中鹽度是影響AAOB 物種組成差異分布的最主要因素，從河流生態(tài)到紅樹林生態(tài)，隨鹽度的增加，AAOB 優(yōu)勢種屬由Ca. Brocadia轉(zhuǎn)變?yōu)镃a. Scalindua〔10〕。AAOB 在 人 工 環(huán) 境 中 同 樣 因 生 態(tài)位的不同而發(fā)生轉(zhuǎn)移。在實驗室反應器中經(jīng)常觀察到不同AAOB 種之間的種群轉(zhuǎn)移，如廢水處理過程當鹽度增加到160 mmoL/L 時，主要功能菌由Ca.Kuenenia轉(zhuǎn) 變 為UnclassifiedCa. Brocadiaceae〔11〕。AAOB 的環(huán)境分布具有多樣性，隨生態(tài)位差異的深入研究將有更多新種被鑒定。

1.2 AAOB 生理生化特性

嚴格厭氧的AAOB 可生存溫度范圍在?2.5~100 ℃，但多嗜中溫，最適生長溫度為30~40 ℃，最佳生長pH 為6.7~8.3，倍增時間在10~30 d〔12〕。根據(jù)生長動力學，可將AAOB 類群分為“快生型”和“慢生型”，前者具有較高的比生長速率，基質(zhì)親和力相對較弱，后者具有較強的基質(zhì)親和力，比生長速率較低。幾乎在所有條件下Ca. Brocadiasp. 40 最有可能勝過其他淡水AAOB；高NO2?條件下（如廢水處理），Ca. Brocadia sinica成為Ca. Brocadiasp. 40 的良好競爭者，表明兩種Brocadia都適用于廢水處理〔8〕。AAOB 對變化的環(huán)境條件高度敏感，極難培養(yǎng)，聚集生長形成顆粒是AAOB 的本性。異質(zhì)Anammox 顆粒可自主聚集成大顆粒，有效避免緩慢生長的AAOB 被沖洗掉，增加生物量濃度，提高對不利環(huán)境的耐受性并增強工藝穩(wěn)定性，以便保持較高的去除NH4+?N 和NO2??N 的活性〔13?15〕。如圖1 所示，鮮紅色是AAOB 最顯著的特征〔16〕，其色度與生物活性顯著相關(guān)。色度與血紅素c 濃度之間的相關(guān)性與完全還原的細胞色素c 一致，且通過細胞色素c 的含量和氧化還原比進行確定〔17〕。

圖1 AAOB 富集培養(yǎng)物表觀性狀Fig.1 Apparent properties of AAOB enrichment cultures

AAOB 能以CO2為唯一碳源，固碳途徑為乙酰輔酶A 途徑，所需還原力由醌氧還酶或氫醌提供，所需能量由亞硝酸氧化為硝酸過程提供〔18〕。部分AAOB可以氧化乙酸、丙酸等有機物，但不能用其合成細胞物質(zhì)，如利用丙酸和乙酸可分別富集Ca.Anammoxo?globus propionicus和Ca. Brocadia fulgida〔19?20〕，Ca.Brocadia和Ca. Kuenenia有編碼揮發(fā)性脂肪酸代謝的基因〔21〕。AAOB 代謝底物具有多樣性，可以Fe3+、Mn4+、NO、SO42?等為電子受體氧化NH4+；也可利用Fe0、Fe2+、小分子有機酸等電子供體還原NO2?/NO3?。AAOB 參 與 氮 循 環(huán) 可 能 存 在3 條 途 徑〔12〕：途 徑1 ，NO2??N 被 還 原 為NH2OH，之 后 與NH4+?N 結(jié) 合 生 成N2H4，最后N2H4被氧化生成N2；途徑2，NO2??N 被還原為NO，與NH4+?N 反應生成N2H4，最后被氧化生成N2；途徑3，NO 直接作為電子受體結(jié)合NH4+?N 生成N2H4，隨后被氧化生成N2；上述過程需要羥胺氧化還原酶（HAO）、亞硝酸鹽還原酶（NIR）、亞硝酸氧化還原酶（NXR）、聯(lián)氨合成酶（HZS）和聯(lián)氨氧化還原酶（HZO）的參與。N2H4是AAOB 氮循環(huán)的中間代謝產(chǎn)物，HZS/HZO 基因常作為AAOB 的分子標識。

接種AAOB 富集物是在規(guī)?；鬯幚韽S中建立Anammox 并實現(xiàn)快速脫氮的有效方法〔22〕?；贏AOB 的生物特性，可通過不同策略對菌株進行富集培養(yǎng)，如工藝調(diào)控、聚集造粒（顆粒污泥和生物膜污泥）、物質(zhì)強化（Fe3+、Mn4+、超聲、電磁波、氧化石墨烯、赤霉素和谷氨酸鈉等）、環(huán)境控制（基質(zhì)濃度、碳氮比、鹽度、重金屬和硫化物等）、菌株保藏、菌株固定化、菌株馴化和菌株回收等。高效的富集培養(yǎng)可以縮短反應啟動時間并提高脫氮效率，對于提高AAOB 工程應用至關(guān)重要。筆者對工藝調(diào)控、聚集造粒和菌株保藏策略進行著重闡述。

2 AAOB 富集策略

2.1 工藝調(diào)控

污泥齡（SRT）、DO 和水力停留時間（HRT）等參數(shù)及反應器的類型、結(jié)構(gòu)可改變AAOB 富集過程中菌群的群落結(jié)構(gòu)，從而影響AAOB 的數(shù)量、種類和活性。SRT 可決定污泥中微生物的種類，應控制SRT大于AAOB 的倍增時間，在菌種富集培養(yǎng)過程中盡可能少排泥或不排泥。AAOB 嚴格厭氧，富集培養(yǎng)中需嚴格控制DO 濃度，低于2%的O2飽和濃度對AAOB 的抑制為可逆抑制，但Anammox 反應過程中NO2??N 濃度常不穩(wěn)定，需結(jié)合短程硝化（PN）和短程反硝化（PD），為滿足AAOB 富集，SNAP 和PD/A應控制O2分別在0.2~0.4 mg/L 和<0.1 mg/L〔7〕。調(diào)節(jié)NO2??N 和DO 可以促進AAOB 的 富 集，在77 d 內(nèi) 實現(xiàn)規(guī)模化Anammox 工藝的啟動〔23〕。縮短HRT 是快速富集AAOB 并提高脫氮效率的另一有效途徑。有研究表明，縮短HRT 時菌株EPS 中的蛋白質(zhì)（PN）/多糖（PS）由1.35 升至1.86，穩(wěn)定達到2.08，有效促進污泥顆?；?，總氮去除負荷（NRR）平均達到0.58 kg/（m3·d），總 氮 去 除 率（NRE）均 值 維 持 在94.2%，脫氮性能保持穩(wěn)定〔24〕。因反應器、接種污泥和工藝的不同，HRT 由十幾分鐘到幾小時不等〔25〕。HRT 會影響水力負荷、水力剪切力和上升流速等，HRT 越短水力負荷增大，水力剪切力強度增大，容易導致污泥沖洗〔26〕，AAOB 富集培養(yǎng)時應根據(jù)實際情況設(shè)置HRT?？顾ω摵蓻_擊能力以膜生物反應器（MBR）最強，序批式反應器（SBR）次之，膨脹顆粒污泥床（EGSB）最弱；抗基質(zhì)濃度沖擊能力以MBR 最強，EGSB 次之，SBR 最弱。

AAOB 生長緩慢，生物量約為0.11 g/g（以每單位質(zhì)量NH4+?N 污泥中可揮發(fā)性固體計），導致污泥形成緩慢，在不利條件下易流失〔13〕，難以實現(xiàn)菌株富集。具備高效生物截留能力的反應器對于AAOB的富集必不可缺。升流式厭氧污泥床反應器（UASB）、SBR、EGSB、MBR、厭 氧 折 流 板 反 應 器（ABR）、上流式膜生物濾池（UBF）和序批式生物膜反應器（SBBR）等均為AAOB 富集過程常用的反應器，其優(yōu)缺點對比情況如表1 所示〔27〕。

表1 常用AAOB 富集反應器的優(yōu)缺點Table 1 Advantages and disadvantages of commonly used AAOB enrichment reactors

反應器的類型與富集污泥形態(tài)有很大關(guān)系。Anammox 污泥富集培養(yǎng)可分為絮體污泥、顆粒污泥和生物膜污泥〔28〕，上述反應器中富集顆粒污泥時可選用UASB、EGSB、ABR 和UBF，富集絮體污泥可采用SBR、MBR，生物膜污泥可選擇SBBR。根據(jù)污泥培養(yǎng)的需求，接種同種污泥至不同反應器可以獲取不同形態(tài)的污泥富集物，如分別接種絮狀硝化污泥于MBR、ABR中，2 種反應器均能成功啟動Anammox，但反應器中污泥的形態(tài)差異明顯：MBR 中的污泥呈絮狀，ABR 隔室中以顆粒污泥為主〔29〕。傳質(zhì)效果不佳、污泥流失和混合不均勻等是諸多反應器共同存在的問題，為滿足AAOB富集需對反應器進行改進。在反應器內(nèi)設(shè)攪拌裝置、增設(shè)懸浮填料和外設(shè)回流裝置等可有效解決上述弊端〔30〕。王恒等〔31〕用內(nèi)設(shè)攪拌裝置對UASB 進行改進，成功啟動時主要AAOB 由Ca. Kuenenia轉(zhuǎn)化為Ca.Brocadia，NRR 為0.520 kg/（m3·d）。此外，一些新型反應器如復合式生物膜?活性污泥反應器（IFAS）、移動床生物膜反應器（MBBR）和厭氧膜生物反應器（AMBR）等在AAOB 富集過程中也得到不斷應用。高效的Anammox 反應器應滿足以下要求：（1）截留生物量能力強；（2）泥水混合均勻；（3）傳質(zhì)效果好；（4）運行穩(wěn)定且經(jīng)濟；（5）嚴格厭氧、避光。反應器的選擇應考慮水質(zhì)、處理程度和環(huán)境條件。如水量少、水質(zhì)多變、水質(zhì)排放要求不高，可選擇SBR；若水質(zhì)排放要求較高則選擇MBR，但應注意膜堵塞問題。

2.2 聚集造粒

Anammox 工藝的應用和工業(yè)化受AAOB 生長特性的限制。為保證有效的生物量富集，污泥顆?；亲羁山邮艿牟呗灾?。顆粒污泥是微生物自固定過程產(chǎn)生的微生物聚集體，其主要成分為細菌及微生物產(chǎn)生的胞外聚合物（EPS）〔32〕，EPS 在黏附厭氧細菌或厭氧微顆粒的過程中起重要作用。與其他形式的活性污泥相比，AAOB 的EPS 具有較高的PN/PS，大量的疏水基團和較松散的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)，使AAOB 具有較強的聚集能力〔15〕。接種顆粒污泥或生物膜污泥均能形成Anammox 顆粒污泥〔33〕。

楊金虹等〔34〕的研究結(jié)果表明，隨著顆粒污泥粒徑的增加，EPS 中的PS 含量基本不變，PN 由54.43 mg/g 增 至137.40 mg/g，PN/PS 由6.63 提 高 到7.71；EPS 中PN 的比例與粒徑之間為正相關(guān)關(guān)系，對污泥顆粒的形成起到主要作用。郭萌蕾等〔35〕研究認為，影響AAOB 顆?；纬傻囊蛩赜薪饘匐x子、有機物、鹽度、溫度、pH 和信號分子等，適量的有機物可促進顆粒污泥的形成，適量投加Ca2+、Mg2+和Fe3+后，顆粒污泥的外形緊湊、結(jié)構(gòu)光滑，而高鹽度會抑制AAOB 的活性與生長，降低顆粒污泥的強度和粒徑。在AAOB 顆?；^程中，高氮負荷率（NLR）下會自發(fā)發(fā)生顆粒污泥的漂浮，特別是在UASB 中，污泥漂浮會導致生物質(zhì)被沖走，甚至導致AAOB 生物反應器脫氮失敗。AAOB 顆粒內(nèi)部的空化是顆粒漂浮的關(guān)鍵原因，可將顆粒漂浮劃分為3個區(qū)域，分別為無漂浮區(qū)（無漂浮發(fā)生）、過渡區(qū)（有一部分顆粒漂?。┖推^(qū)（不可避免地發(fā)生漂?。?。漂浮行為主要受過渡區(qū)顆粒直徑（2.5~4.5 mm）和底物濃度（NO2??N 50~250 mg/L）的影響，避免漂浮但具有良好沉降性能的最佳顆粒直徑約為2.5 mm，顆粒尺寸比底物濃度更為敏感〔36〕。若顆粒污泥富集培養(yǎng)過程中出現(xiàn)漂浮現(xiàn)象，可添加高絲氨酸內(nèi)酯類（AHLs）信號分子，提高AAOB 顆粒污泥的活性和生長速率，有效解決其在高負荷反應器中的漂浮問題〔37〕。

富集的AAOB 顆粒性質(zhì)取決于形成顆粒的操作條件或生物反應器。從粒徑、顏色、形狀等角度考慮，同一反應器內(nèi)沒有2 個相同的顆粒，顆粒之間存在異質(zhì)性〔14〕。同一反應器中AAOB顆粒之間的尺寸存在差異，Ca.Brocadia和Ca.Kuenenia以大顆粒（>0.4 mm）為主，而Ca.Jettenia以中小顆粒污泥（<0.4 mm）為主〔38〕。粒徑較大時微生物多樣性更高，且支持更多功能，粒徑增加能顯著提高AAOB顆粒的比活性（SAA）和耐受性，粒徑>4.75 mm 的顆粒的SAA 最高為426.8 mg/（g·d），但也給傳質(zhì)帶來不利影響〔39〕。為保證傳質(zhì)并提高AAOB顆粒的SAA 和耐受性，應對操作條件進行控制（如提高水力剪切力），在一定水力剪切力條件下，污泥粒徑最終達到動態(tài)平衡。富集良好的AAOB 顆粒污泥細胞密度高、脫氮效率高，并能承受極端環(huán)境。Chongjian TANG 等〔40〕在實驗室條件下用AAOB 顆粒污泥在UASB中實現(xiàn)74.3~76.7 kg/（m3·d）的氮負荷；顆粒污泥可適應的溫度和pH 范圍分別為5~45°C、5.68~9.26，均超過AAOB 的適宜生長條件〔32〕。

向生物反應器內(nèi)投加載體形成生物膜污泥是AAOB聚集造粒的另一形式。載體為AAOB 提供附著繁衍的場所，促進AAOB 的富集生長，減少菌體流失并抵御不利環(huán)境的影響。MBBR 中的生物填料可使Anammox 反應在10 ℃的低溫環(huán)境中順利進行〔41〕，而在MBR 中投加填料可提高AAOB 的相對豐度，為其提供更加穩(wěn)定的生長環(huán)境并顯著減輕膜污染〔42〕。載體的選擇至關(guān)重要，無紡布、生物炭、海綿、沸石、零價鐵、聚乙二醇凝膠和活性炭等是常用的富集培養(yǎng)AAOB 生物膜污泥的載體〔43〕。這些載體大多比表面積大、阻力小、空隙率高、表面粗糙度大、親水，且價廉易得、化學穩(wěn)定性高。然而填料的材質(zhì)、類型和結(jié)構(gòu)對AAOB生物膜量、活性、脫氮性能和微生物群落結(jié)構(gòu)有重要影響。王鈞等〔44〕的研究表明，取聚乙烯（T1）和聚氨酯（T2）2 種懸浮填料投入到2套相同的厭氧序批式生物膜反應器（ASBBR）R1 和R2 中，反應器分別在第93、73 天成功啟動，穩(wěn)定運行至150 d 時，單個T1、T2 填料的AAOB 活性分別為5.70、3.70 mg/（g·h），T1、T2 填料中Ca.Anammoxoglobus屬的相對豐度分別為75.29%、38.23%，T1 填料更適于AAOB 的富集。王淑雅等〔45〕采用低溫等離子體技術(shù)對普通聚氨酯泡沫塑料填料進行表面改性處理，改性后填料表面的粗糙度增加，親水性能明顯改善，相同時間內(nèi)單位質(zhì)量填料處的生物膜量較改性前提高了53%，微生物種類豐富程度更高，HZO 相對豐度由59.50%增至73.50%。盡管Anammox 生物膜污泥和顆粒污泥均有助于污泥的富集持留，但相比于顆粒污泥，等質(zhì)量的生物膜表現(xiàn)出較差的抵抗有機物沖擊的能力〔46〕，有機負荷高的廢水采用生物膜處理工藝時應結(jié)合其他工藝除碳。在目前的工程中實現(xiàn)Anammox，生物膜反應器較活性污泥法具有明顯優(yōu)勢。AAOB 附于載體時的生長活性比懸浮培養(yǎng)時的高，較常采用的是MBBR。MBBR存在特定的生物膜分層結(jié)構(gòu)，而分層結(jié)構(gòu)是抑制NOB的重要條件，可實現(xiàn)原池改進，提高處理負荷、強化處理效果，且耐低溫。西安市第四污水處理廠提標改造工藝采用A2/O+MBBR，在10~20 ℃水溫下成功實現(xiàn)Anammox 啟動并長期穩(wěn)定運行，有效填補了常溫生產(chǎn)應用的空白。

2.3 菌株保藏

AAOB 細胞產(chǎn)率低，對富集成功的AAOB 污泥進行儲存并在短期內(nèi)使其活性快速恢復，成為Anammox工藝啟動和運行中行之有效的策略〔47〕。適于AAOB保存的技術(shù)有冷藏保存、冷凍干燥和保護劑等〔48?49〕。冷凍干燥過程中對細胞有不可逆轉(zhuǎn)的破壞，因此其成功率不如冷藏保存〔50〕，而冷藏保存容易引起微生物結(jié)構(gòu)變化，長期保存后會導致遺傳物質(zhì)改變〔49〕。在保護劑的作用下，若冷藏保存的時間適宜則可快速恢復菌株活性，富集AAOB 并提高其豐度。AAOB 保存的最優(yōu)溫度為4 °C，在此條件下保存2 周的污泥（無底物和保護劑）可保留93%的SAA〔51〕，冷藏保存已成為具有發(fā)展前景的快速啟動Anammox 過程的技術(shù)之一。M. ALI 等〔52〕在4 °C 下用NH4+、NO2?、NO3?和鉬酸鹽作為保護劑保藏Ca. Brocadia sinica45 d，可保留23%~88% 的 SAA；Quan ZHANG 等〔48〕利 用 以Ca.Kuenenia為主產(chǎn)生的EPS 作為保護劑，保藏AAOB污泥90 d，可保留33.4%的SAA，而反硝化污泥EPS 為保護劑時SAA 為27.8%。

保藏過程中AAOB 的消耗會導致細胞萎縮，污泥沉降性變差，保藏時間一定程度上與活性負相關(guān)。合適的保護劑可減少保藏期間菌群活性的喪失，可用二甲亞砜、海藻糖、甘油、葡萄糖、聚乙烯醇和海藻酸鈉等作為保護劑〔53〕。簡便有效的復蘇方法對恢復AAOB 活性及提高其豐度起到積極作用，溫度應控制在30~40 ℃，底物基質(zhì)應控制在100 mg/L以下，質(zhì)量濃度之比在1.32左右，可選擇使用ASBR 和UASB 等〔54〕。

3 AAOB 的富集培養(yǎng)過程

從接種污泥開始，Anammox 脫氮啟動過程依據(jù)氮素去除規(guī)律可分為活性遲滯、活性提高及穩(wěn)定運行3 個階段。該過程實質(zhì)是采用適宜AAOB 富集的培養(yǎng)條件馴化接種污泥，淘汰劣勢菌，微生物群落均勻度逐漸變差，AAOB 菌群的相對豐度不斷提高，形成相對單一、穩(wěn)定的生物群落，主要顯著特征為氮素負荷逐漸提高，微生物多樣性逐漸降低，AAOB 豐度逐漸提高，污泥顏色逐漸變?yōu)轷r紅色。在活性遲滯階段，接種污泥未能適應新的環(huán)境而發(fā)生細胞自溶，釋放一定量的NH4+?N，出水NH4+?N高于進水NH4+?N，這是Anammox 啟動中活性遲滯階段的一個顯著特征。細胞自溶的同時產(chǎn)生有機物，可作為NO2??N 的電子供體，系統(tǒng)表現(xiàn)出一定程度的反硝化作用，出水NO2??N 濃 度 始 終 低 于 進 水NO2??N 濃度。隨著啟動時間的延長，細胞自溶現(xiàn)象逐漸減弱，出水NH4+?N 濃度接近進水NH4+?N 濃度。活性遲滯階段的長短與接種污泥的性質(zhì)有很大關(guān)系，不同污泥源條件下Anammox 啟動過程與運行特性的比較見表2〔55〕。

表2 不同污泥源時AAOB 的富集與培養(yǎng)過程Table 2 Enrichment and cultivation process of AAOB with different sludge sources

在活性提高階段，AAOB 得到一定富集逐漸成為優(yōu)勢菌株，反硝化和細胞自溶過程逐漸被Anammox 反應所取代，出水中的NH4+?N 和NO2??N 均呈下降趨勢，而出水NO3??N 有所升高，這主要是Anammox 反應產(chǎn)生NO3??N 所致，NO3??N 產(chǎn)生量可視為Anammox 反應的重要標志。在穩(wěn)定運行階段，氮素負荷不斷提高并最終穩(wěn)定，生物多樣性進一步降低，以AAOB 為主的菌株成為優(yōu)勢菌，污泥顏色紅色增強。

AAOB 細胞產(chǎn)率低且對環(huán)境敏感，富集培養(yǎng)過程應依據(jù)AAOB 的特性對各種不利影響（溫度、pH、DO、基質(zhì)濃度、SRT、鹽度、醇酸和金屬離子等）進行嚴控。對于實際廢水尤其是工業(yè)廢水，因其化學成分復雜、氮濃度較高，極易影響AAOB 的生長代謝和富集，應更加高度重視。污水處理過程中若富集培養(yǎng)出現(xiàn)失穩(wěn)，可采用原位清洗和降低系統(tǒng)NLR，系統(tǒng)可迅速恢復〔24〕；當NO2??N 抑制相對較輕時，通過降低進水基質(zhì)濃度，反應器的性能可快速恢復，當抑制相對較重時，恢復程度降低〔56〕。失穩(wěn)后的AAOB對游離氨和游離亞硝酸的耐受能力明顯降低，對DO的敏感度增加〔57〕，恢復時系統(tǒng)的氮濃度和DO 宜低于正常運行時的濃度，并適當延長HRT。添加AHLs 信 號 分 子 和 低 濃 度N2H4可促進菌株活性〔37〕，失穩(wěn)條件下可考慮利用。Anammox 脫氮失穩(wěn)恢復依據(jù)氮素去除規(guī)律，同樣經(jīng)歷活性遲滯、活性提高及穩(wěn)定運行3 個階段。

4 結(jié)論與展望

以AAOB 為驅(qū)動的Anammox 途徑為污水脫氮帶來革命性的變革。而AAOB 的生長速率低、倍增時間長、對環(huán)境敏感成為工程應用的瓶頸，如何高效富集培養(yǎng)AAOB 成為關(guān)鍵。筆者從AAOB 生理生化特性、富集培養(yǎng)策略和富集培養(yǎng)過程3 個方面闡述了菌株的富集培養(yǎng)。但由于AAOB 在環(huán)境中的分布具有多樣性，其生理生化差異導致生態(tài)位分化，富集培養(yǎng)時應依據(jù)不同菌株的特性多手段協(xié)同，同時充分考慮污水水質(zhì)和環(huán)境條件。此外，有些問題仍有待深入探究：（1）不同生境條件下AAOB 生物特性分析；（2）不同AAOB 菌株富集培養(yǎng)的多手段協(xié)同；（3）水質(zhì)成分和環(huán)境條件對AAOB 富集影響的耦合機制。