厭氧氨氧化脫氮強(qiáng)化途徑的研究進(jìn)展

李天皓，江雨婕，毛 蔚，趙文靜，沈耀良，2，劉文如，2

（1.蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇蘇州 215009；2.江蘇省環(huán)境科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇蘇州 215009）

厭氧氨氧化（Anaerobic ammonium oxidation，Anammox）自20 世紀(jì)90 年代被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直作為處理含氮廢水的新技術(shù)受到廣泛研究〔1〕。厭氧氨氧化是指在厭氧環(huán)境下，厭氧氨氧化菌以NO2-為電子受體，將NH4+直接氧化為N2的過(guò)程〔2〕。厭氧氨氧化工藝在運(yùn)行過(guò)程中不需要投加有機(jī)碳源，且無(wú)需曝氣，是一種綠色經(jīng)濟(jì)的生物脫氮工藝。然而厭氧氨氧化菌生長(zhǎng)速度緩慢，世代周期長(zhǎng)，難以在短時(shí)間內(nèi)富集，使得厭氧氨氧化工藝在實(shí)際應(yīng)用中存在啟動(dòng)過(guò)程長(zhǎng)等問(wèn)題〔3〕。如何強(qiáng)化厭氧氨氧化細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖、縮短厭氧氨氧化工藝啟動(dòng)時(shí)間以及提升厭氧氨氧化系統(tǒng)脫氮效能，是當(dāng)前厭氧氨氧化技術(shù)研究的熱點(diǎn)。筆者介紹了國(guó)內(nèi)外關(guān)于厭氧氨氧化強(qiáng)化方法的研究進(jìn)展，重點(diǎn)評(píng)述了無(wú)機(jī)碳、鐵（包括零價(jià)鐵和鐵離子）、物理場(chǎng)對(duì)厭氧氨氧化工藝的強(qiáng)化效果，旨在全面理解強(qiáng)化因素對(duì)厭氧氨氧化微生物脫氮過(guò)程的影響及內(nèi)在作用機(jī)制，為促進(jìn)厭氧氨氧化工藝的實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1 無(wú)機(jī)碳

1.1 無(wú)機(jī)碳在厭氧氨氧化反應(yīng)中的作用

厭氧氨氧化菌是化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型細(xì)菌，其能夠利用CO2和HCO3-作為碳源獲取生長(zhǎng)所需要的能量，因此適量的無(wú)機(jī)碳是厭氧氨氧化菌生長(zhǎng)的必需條件。無(wú)機(jī)碳（主要指HCO3-）對(duì)強(qiáng)化厭氧氨氧化反應(yīng)脫氮有多種作用，首先為厭氧氨氧化菌提供無(wú)機(jī)碳源，其次維持體系酸堿平衡，使pH 保持在厭氧氨氧化菌的最適范圍內(nèi)，再次HCO3-也可參與化學(xué)反應(yīng)，與NH4+結(jié)合生成NH4HCO3，并可為厭氧氨氧化菌代謝提供必要的H+〔4〕。另外，根據(jù)W. R. L. VAN DER STAR 等〔5〕的研究，無(wú)機(jī)碳在厭氧氨氧化過(guò)程中還會(huì)催化中間產(chǎn)物NH2OH 和N2H4的生成和分解，使N2H4被氧化為N2，同時(shí)NH2OH 被還原為NH4+，如式（1）所示。

1.2 無(wú)機(jī)碳對(duì)厭氧氨氧化脫氮性能的影響

適量的無(wú)機(jī)碳對(duì)厭氧氨氧化菌活性的提高和反應(yīng)器氮去除負(fù)荷的快速提升均有積極作用。碳酸氫鈉可以為厭氧氨氧化菌的富集提供合適的無(wú)機(jī)碳濃度。Jiachun YANG 等〔6〕在反應(yīng)器中投加碳酸氫鈉作為無(wú)機(jī)碳源，氮去除負(fù)荷在32 d 內(nèi)從5.2 kg/（m3·d）迅 速 增 加 到11.8 kg/（m3·d），提 升 了1.26 倍。Y.KIMURA 等〔7〕在以凝膠顆粒為載體的柱形SBR 反應(yīng)器中投加不同濃度的HCO3-，當(dāng)進(jìn)水中無(wú)機(jī)碳質(zhì)量濃度從60 mg/L 降低至2 mg/L 時(shí)，脫氮效能受到明顯抑制，總氮去除率急劇下降到56%。朱彤等〔8〕研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)水中不投加無(wú)機(jī)碳時(shí)，出水NH4+、NO2-濃度維持較高水平，恢復(fù)無(wú)機(jī)碳投加后，反應(yīng)器脫氮性能逐漸恢復(fù)。此外也有研究表明，系統(tǒng)在較高的無(wú)機(jī)碳濃度下可以通過(guò)多種氮轉(zhuǎn)化途徑脫氮，如可進(jìn)行反硝化（NO3-→NO2-→NO→N2）和 硝 酸 鹽 異 化 還 原 氨

2 鐵

鐵是影響厭氧氨氧化菌生長(zhǎng)和活性的重要因素，不同形態(tài)和濃度的鐵對(duì)厭氧氨氧化反應(yīng)有不同程度的影響。

2.1 零價(jià)鐵

零價(jià)鐵（Zero-valent iron，ZVI）作為一種還原劑，具有較高的比表面積和反應(yīng)活性，能夠有效地去除水中無(wú)機(jī)和有機(jī)污染物。近年來(lái)零價(jià)鐵與厭氧菌的耦合工藝被廣泛應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域〔16〕。ZVI 的腐蝕可以消耗水中的溶解氧，降低氧化還原電位，為厭氧氨氧化菌提供適宜的生存環(huán)境；ZVI 釋放出的Fe2+通過(guò)中和作用和壓縮雙電層作用強(qiáng)化微生物的團(tuán)聚，有利于污泥顆粒的形成〔17〕?；瘜W(xué)作用和微生物作用會(huì)在ZVI 耦合厭氧氨氧化脫氮系統(tǒng)中同時(shí)發(fā)生，化學(xué)過(guò)程包括零價(jià)鐵的腐蝕和鈍化，微生物過(guò)程包括厭氧氨氧化菌主導(dǎo)的厭氧氨氧化（Anammox），鐵氨氧化菌主導(dǎo)的鐵氨氧化（Feammox）、鐵型反硝化（Nitrate-dependent Fe2+oxidation，NAFO）以及少量的內(nèi)源反硝化。ZVI 耦合厭氧氨氧化脫氮示意見(jiàn)圖1。

2.1.1 零價(jià)鐵對(duì)厭氧氨氧化脫氮性能的影響

ZVI 等固態(tài)的含鐵物質(zhì)能夠在水中釋放出鐵離子（Fe2+或Fe3+），對(duì)厭氧氨氧化反應(yīng)脫氮性能的提升有促進(jìn)作用。Fan GAO 等〔18〕發(fā)現(xiàn)向連續(xù)攪拌的反應(yīng)器中投加ZVI 或Fe3O4后，氮去除速率得到明顯提升，且短期內(nèi)ZVI 對(duì)厭氧氨氧化脫氮作用的促進(jìn)效果 優(yōu) 于Fe3O4。Yuan YAN 等〔19〕報(bào) 道 了 短 期 投 加nZVI（Nanoscale zero-valent iron）可以有效恢復(fù)受高溶解氧抑制的厭氧氨氧化菌活性，有助于厭氧氨氧化反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行。然而也有研究表明，nZVI 在腐蝕過(guò)程中可能會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)生活性氧（Reactive oxygen species，ROS），破壞細(xì)胞膜，干擾細(xì)胞功能，導(dǎo)致細(xì)胞損傷甚至死亡，嚴(yán)重的話可能發(fā)生Fenton 反應(yīng)〔20〕。如Jiajia XU 等〔21〕在穩(wěn)定運(yùn)行的厭氧氨氧化反應(yīng)器中投加100 mg/L 的nZVI，2 h 內(nèi)出水水質(zhì)迅速惡化，血紅素c 和胞外聚合物（Extracellular polymeric substances，EPS）含量也隨之大幅波動(dòng)。

厭氧氨氧化反應(yīng)器的啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，適量投加鐵可以縮短反應(yīng)器的啟動(dòng)時(shí)間。Beibei GUO 等〔22〕投加100 mg/L 的ZVI，厭氧氨氧化啟動(dòng)時(shí)間從96 d 縮短 到87 d。Longfei REN 等〔23〕的 研 究 表 明，投 加mZVI（Microscale zero-valent iron）和nZVI可以使上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的啟動(dòng)時(shí)間分別縮短到105 d和84 d?？s短厭氧氨氧化工藝的啟動(dòng)時(shí)間可以促進(jìn)其在實(shí)際生活中大規(guī)模應(yīng)用。

2.1.2 零價(jià)鐵對(duì)微生物群落的影響

有研究認(rèn)為，ZVI 可以通過(guò)強(qiáng)化生理活動(dòng)和刺激活性來(lái)提高功能菌在微生物群落中的豐度，投加ZVI 有利于厭氧氨氧化菌的生長(zhǎng)增殖〔24〕。如E.ERDIM 等〔25〕研 究nZVI 對(duì) 厭 氧 氨 氧 化 工 藝 的影 響，在運(yùn)行310 d 的SBR 反應(yīng)器中檢測(cè)出厭氧氨氧化菌群豐度占總菌群的91%～92%。Beibei GUO 等〔22〕研究發(fā)現(xiàn)ZVI 的投加可以抑制亞硝酸鹽氧化菌（Nitrite oxidizing bacteria，NOB）的生長(zhǎng)，并有利于厭氧氨氧化菌和氨氧化菌（Ammonia oxidizing bacteria，AOB）活性的提升，1 000 mg/L ZVI 實(shí)驗(yàn)組的厭氧氨氧化菌數(shù)量增加了約54%。但是，也有研究證實(shí)，ZVI 投加后不僅對(duì)厭氧氨氧化菌有影響，對(duì)其他脫氮菌也具有促進(jìn)作用，從而影響微生物群落的豐度，改變厭氧氨氧化菌在微生物群落中的占比。如Zhengzhe ZHANG 等〔26〕通過(guò)高通量測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，隨著進(jìn)水中nZVI 濃度的增加，厭氧氨氧化生物量的群落豐度呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，而Shannon 多樣性指數(shù)也表明反應(yīng)器中微生物群落豐度先增加后降低。盡管nZVI 在一定程度上影響了微生物群落的構(gòu)成，但是厭氧氨氧化菌從未失去其在群落中的優(yōu)勢(shì)地位。

2.2 鐵離子

圖1 ZVI 耦合厭氧氨氧化脫氮示意Fig.1 Schematic diagram of nitrogen removal by Anammox process coupled with ZVI

鐵在水溶液通常以Fe2+、Fe3+的形式存在，適量的鐵離子可以加強(qiáng)微生物的團(tuán)聚，形成污泥顆粒，有助于生長(zhǎng)緩慢的厭氧氨氧化菌的增殖〔17〕。微生物還能夠利用不同價(jià)態(tài)的鐵離子進(jìn)行脫氮，如利用Fe3+作為電子受體將NH4+氧化為NO2-，利用Fe2+作為電子供體將NO3-反硝化為NO2-〔27〕。同 時(shí) 鐵 作 為 微生物生長(zhǎng)代謝的必需元素之一，直接參與血紅素c的生物合成和氮轉(zhuǎn)化過(guò)程〔27-28〕。然而Fe3+易在堿性環(huán)境下轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3紅色絮狀固體，覆蓋在厭氧氨氧化污泥顆粒表面，抑制厭氧氨氧化菌的活性。所以探究鐵離子對(duì)厭氧氨氧化反應(yīng)的影響，不僅要研究其對(duì)微生物脫氮的作用機(jī)理，還要從可能發(fā)生的生物代謝及化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分析。

厭氧氨氧化菌具有獨(dú)特的細(xì)胞器厭氧氨氧化體（Anammoxosome），其在很大程度上依賴存在于厭氧氨氧化體中的含鐵蛋白質(zhì)（尤其是細(xì)胞色素）來(lái)保存能量。L. VAN NIFTRIK 等〔29〕觀察發(fā)現(xiàn)在厭氧氨氧化體中存在含有鐵的致密蛋白顆粒，鐵元素濃度的增加可能會(huì)使厭氧氨氧化菌合成更多鐵硫蛋白。厭氧氨氧化菌的鮮紅色正反映了這種高含量的血紅素鐵的存在。厭氧氨氧化菌需要產(chǎn)生大量含血紅素c的酶來(lái)進(jìn)行新陳代謝，這些酶參與電子傳遞，促進(jìn)厭氧氨氧化菌新陳代謝〔30〕。此外少數(shù)研究還表明厭氧氨氧化菌可以利用細(xì)胞外的鐵離子作為呼吸底物〔31〕。因此鐵離子是影響厭氧氨氧化菌活性的一個(gè)重要因素，厭氧氨氧化反應(yīng)耦合鐵離子系統(tǒng)可以表現(xiàn)出更高的反應(yīng)活性和脫氮性能。

進(jìn)水中適當(dāng)投加Fe2+能夠促進(jìn)厭氧氨氧化菌對(duì)氮的去除。張黎等〔32〕研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)Fe2+濃度為0.085 mmol/L時(shí)，反應(yīng)器總氮去除率穩(wěn)定在90%以上。Liaoli HUANG等〔33〕得到相似的結(jié)果，并指出Fe2+不僅是厭氧氨氧化菌的必需元素，而且在厭氧氨氧化過(guò)程中可以作為的電子供體，實(shí)現(xiàn)多轉(zhuǎn)化途徑去除氮素。Sen QIAO等〔34〕將進(jìn)水中的Fe2+濃度提高到0.09 mmol/L，與正常Fe2+濃度（0.03 mmol/L）條件下相比，總氮去除率提高了32.2%。Li FENG等〔35〕發(fā)現(xiàn)厭氧氨氧化菌在0.07 mmol/L Fe2+濃度下活性最大，氨氮和亞硝酸鹽去除速率分別達(dá)到0.85、0.90 kg/（m3·d），比厭氧氨氧化活性顯著提高至0.76 kg/（kg·d）。

李祥等〔36〕在進(jìn)水中分別 投加5 mg/L 的Fe2+和Fe3+，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩者短期內(nèi)對(duì)厭氧氨氧化菌脫氮效能的影響基本相同，并沒(méi)有因?yàn)閮r(jià)態(tài)差異發(fā)生顯著變化。經(jīng)過(guò)71 個(gè)周期培養(yǎng)后，處理含F(xiàn)e2+進(jìn)水的反應(yīng)器的脫氮效能是處理含F(xiàn)e3+進(jìn)水反應(yīng)器的1.28 倍，說(shuō)明Fe2+可能更滿足厭氧氨氧化菌對(duì)鐵離子的需求。Haiyue WANG 等〔37〕發(fā)現(xiàn)在厭氧氨氧化工藝啟動(dòng)過(guò)程中投加Fe3+可以顯著縮短啟動(dòng)時(shí)間，同時(shí)投加進(jìn)反應(yīng)器的Fe3+可以富集厭氧氨氧化菌，促進(jìn)其顆?；埨俚取?8〕研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)Fe3+濃度為0.075 mmol/L 時(shí)，反應(yīng)器氨氮去除率和亞硝氮去除率達(dá)到最大，分別為對(duì)照組（不投加Fe3+）的1.8 倍和1.6 倍。袁新明等〔39〕報(bào)道了當(dāng)進(jìn)水Fe3+質(zhì)量濃度在10～40 mg/L 時(shí)，出水氨氮和亞硝酸鹽濃度并沒(méi)有出現(xiàn)較大波動(dòng)，表明高濃度的Fe3+并不會(huì)過(guò)高地抑制厭氧氨氧化菌的活性。低溫環(huán)境下厭氧氨氧化菌的活性受到抑制，此時(shí)投加高濃度的Fe3+可以在短期內(nèi)提高低溫下厭氧氨氧化工藝的脫氮效果〔40〕。

長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，累積的鐵離子可能富集在微生物細(xì)胞表面及內(nèi)部，對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒害作用，損害細(xì)胞結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞失活死亡，影響系統(tǒng)脫氮性能。孟顯松等〔41〕在低溫條件下長(zhǎng)期投加Fe2+，在實(shí)驗(yàn)的前5 d 內(nèi)Fe2+刺激厭氧氨氧化菌的活性，總氮去除率保持在較高水平，隨后由于Fe2+的積累，高濃度的Fe2+對(duì)厭氧氨氧化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用，NH4+和NO2-去除率分別降至50.7%和76.7%。Xiaojing ZHANG 等〔42〕研 究發(fā)現(xiàn)當(dāng) 進(jìn) 水中Fe2+質(zhì) 量濃度為10～50 mg/L 時(shí)，厭氧氨氧化菌的活性受到不同程度的抑制。其中，當(dāng)Fe2+質(zhì)量濃度為10～30 mg/L時(shí)，反應(yīng)器的脫氮性能在適應(yīng)階段后會(huì)得到一定程度的恢復(fù)；而Fe2+質(zhì)量濃度超過(guò)50 mg/L，則對(duì)厭氧氨氧化過(guò)程具有不可逆的抑制作用，隨時(shí)間延長(zhǎng)反應(yīng)器的氮素去除效果也不能恢復(fù)至投加Fe2+之前的水平。

綜上，F(xiàn)e2+和Fe3+對(duì)厭氧氨氧化菌活性的影響基本相同，不會(huì)因?yàn)閮r(jià)態(tài)的變化而表現(xiàn)出顯著差異；投加適宜濃度的鐵離子可以有效刺激厭氧氨氧化菌活性并促進(jìn)其生長(zhǎng)，提高脫氮性能，然而厭氧氨氧化反應(yīng)是產(chǎn)堿過(guò)程，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，生成的氫氧化物沉淀可能會(huì)覆蓋厭氧氨氧化菌表面，阻礙厭氧氨氧化反應(yīng)的進(jìn)行。但是也有學(xué)者指出短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的Fe（OH）3能夠保護(hù)污泥活性，避免高濃度的游離態(tài)金屬離子和羥基自由基對(duì)厭氧氨氧化菌細(xì)胞造成不利影響〔43〕。

3 物理場(chǎng)

3.1 電場(chǎng)對(duì)厭氧氨氧化脫氮性能的影響

施加一定強(qiáng)度的電場(chǎng)可以提高微生物的脫氮能力。直流電場(chǎng)可以通過(guò)改變細(xì)胞膜的通透性、提高離子遷移速度、增強(qiáng)酶的活性來(lái)提高微生物的活性。早在1992 年，R. B. MELLOR 等〔44〕就發(fā)現(xiàn)在硝酸鹽去除工藝中施加電場(chǎng)可以快速有效地將硝酸鹽還原為氮?dú)狻in YIN 等〔45〕采用電場(chǎng)增強(qiáng)厭氧氨氧化菌的脫氮活性，相比對(duì)照組，施加電場(chǎng)160 d 后的系統(tǒng)厭氧氨氧化生物量提高37%，總氮去除率提高38.7%。Jingxin ZHANG 等〔46〕報(bào)道在一定范圍內(nèi)提高電極電壓（≤0.6 V）可以有效提高反應(yīng)器的氮去除效果，而電壓超過(guò)0.8 V 則會(huì)降低厭氧氨氧化菌的活性。Xin YIN 等〔47〕發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期施加電場(chǎng)可以提高酶的活性，加快厭氧氨氧化菌的生長(zhǎng)速度，透射電鏡觀察表明，電場(chǎng)的施加導(dǎo)致厭氧氨氧化菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。Zhao LIU 等〔48〕的研究成果與之類(lèi)似，施加電場(chǎng)會(huì)刺激微生物部分硝化和厭氧氨氧化代謝，具體表現(xiàn)在微生物能夠更快地降解大分子物質(zhì)以提供額外的電子供體，進(jìn)而提高脫氮效果。

除直流電場(chǎng)外，脈沖電場(chǎng)對(duì)厭氧氨氧化反應(yīng)也有促進(jìn)作用，Chi ZHANG 等〔49〕研究發(fā)現(xiàn)，施加脈沖電場(chǎng)可以顯著縮短厭氧氨氧化反應(yīng)的啟動(dòng)時(shí)間，提高厭氧氨氧化反應(yīng)的脫氮效果。如圖2 所示，相較于直流電場(chǎng)，脈沖電場(chǎng)不僅影響細(xì)胞膜的通透性，而且還影響核膜和細(xì)胞器膜的通透性以及這些膜的厚度。脈沖電場(chǎng)通過(guò)改變這些膜的滲透性和厚度直接影響細(xì)胞。此外，脈沖電場(chǎng)可以解決低溫下厭氧氨氧化菌活性下降和顆粒穩(wěn)定性下降的問(wèn)題〔50〕，且中頻（1 000 Hz）脈沖電場(chǎng)能刺激細(xì)胞產(chǎn)生EPS，有利于厭氧氨氧化顆粒污泥的穩(wěn)定性。

3.2 磁場(chǎng)對(duì)厭氧氨氧化脫氮性能的影響

圖2 脈沖電場(chǎng)對(duì)厭氧氨氧化菌的影響Fig.2 Effects of a pulsed electric field on the Anammox bacteria

一般來(lái)說(shuō)，所有的生物體都有磁性，外加磁場(chǎng)及生物體內(nèi)的特殊磁場(chǎng)都會(huì)對(duì)生物體的組織和代謝產(chǎn)生影響，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為磁生物效應(yīng)〔51〕。早在20 世紀(jì)60 年代，磁生物效應(yīng)就引起了研究者的廣泛關(guān)注并被應(yīng)用于廢水生物處理。Sitong LIU等〔52〕通過(guò)批次實(shí)驗(yàn)證明了外加磁場(chǎng)對(duì)厭氧氨氧化菌活性有促進(jìn)作用，磁感應(yīng)強(qiáng)度在16.8～95.0 mT 可提高厭氧氨氧化菌的生物活性，磁感應(yīng)強(qiáng)度為75.0 mT 時(shí)微生物活性提升最大，相比無(wú)外加磁場(chǎng)的對(duì)照組，厭氧氨氧化活性提升了50%。研究還表明，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的磁場(chǎng)作用，厭氧氨氧化菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，Planctomycetes 菌在厭氧氨氧化菌群中的比例相對(duì)提高。然而過(guò)強(qiáng)的磁場(chǎng)（＞218 mT）會(huì)對(duì)厭氧氨氧化菌產(chǎn)生不可逆的抑制作用。因此磁場(chǎng)強(qiáng)度的選擇對(duì)磁場(chǎng)在厭氧氨氧化工藝中的應(yīng)用至關(guān)重要。磁生物效應(yīng)與微生物細(xì)胞代謝、酶活性、細(xì)胞通透性等有關(guān)，但涉及到的具體生理作用尚不明確，盡管如此，外加磁場(chǎng)仍不失為一種強(qiáng)化厭氧氨氧化工藝脫氮的潛在方法。

3.3 超聲波對(duì)厭氧氨氧化脫氮性能的影響

低頻（10～60 kHz）超聲波對(duì)微生物有多種影響。低強(qiáng)度超聲處理后，厭氧氨氧化菌的酶活性和細(xì)胞膜通透性明顯增強(qiáng)，厭氧氨氧化活性提高，進(jìn)而脫氮性能被提高。Guangming ZHANG 等〔53〕研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)25 kHz、0.2 W/cm2的超聲輻射30 s 后，污泥活性提高了28%，生物質(zhì)生長(zhǎng)速率和脫氮效率均有顯著提高。Xiumei DUAN 等〔54〕考察了低強(qiáng)度超聲對(duì)厭氧氨氧化微生物群落脫氮性能的影響，發(fā)現(xiàn)采用25 kHz、0.3 W/cm2的超聲輻射4 min 后，反應(yīng)器總氮去除率提高了25.5%，這一現(xiàn)象能夠維持6 d。Jinjin YU等〔55〕在室溫下將反應(yīng)器暴露于0.7 W/cm2的超聲環(huán)境1.9 min 后，活性污泥脫氫酶活性顯著提高61%，證實(shí)超聲波在一定條件下可以提高污泥活性。這表明在室溫環(huán)境下可以通過(guò)低強(qiáng)度的超聲處理實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化反應(yīng)器穩(wěn)定高效地運(yùn)行。定量的超聲輻射可以刺激厭氧氨氧化菌分泌更多的EPS，有利于保護(hù)污泥活性免受不利環(huán)境的抑制〔56〕。此外，Zhengzhe ZHANG 等〔57〕還發(fā)現(xiàn)定期的超聲輻射有助于加速厭氧氨氧化污泥從過(guò)量的Cu2+抑制中快速恢復(fù)活性。然而高強(qiáng)度的超聲輻射會(huì)使蛋白質(zhì)改性從而抑制微生物的活性。

4 結(jié)語(yǔ)

強(qiáng)化厭氧氨氧化工藝的關(guān)鍵在于為厭氧氨氧化菌提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境以促進(jìn)其生長(zhǎng)和富集。目前的研究極大地促進(jìn)了人們對(duì)厭氧氨氧化工藝強(qiáng)化途徑的理解，但主流厭氧氨氧化工藝在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨著各種挑戰(zhàn)。為縮短工藝啟動(dòng)時(shí)間和強(qiáng)化運(yùn)行效能，建議對(duì)厭氧氨氧化工藝的強(qiáng)化途徑從以下方面開(kāi)展進(jìn)一步研究：

（1）強(qiáng)化途徑耦合研究。長(zhǎng)期以來(lái)的研究都僅限于單因素的強(qiáng)化過(guò)程，未來(lái)可以開(kāi)展多重因素耦合強(qiáng)化厭氧氨氧化脫氮的研究，驗(yàn)證各因素之間是否具有協(xié)同作用。

（2）脫氮機(jī)制深入研究。強(qiáng)化厭氧氨氧化的過(guò)程機(jī)理還需進(jìn)一步的研究，如目前與鐵相關(guān)的功能酶和功能基因的研究較少，可以借助分子生物學(xué)等技術(shù)手段進(jìn)行分析，了解鐵元素強(qiáng)化厭氧氨氧化技術(shù)的內(nèi)在機(jī)理。

（3）工程實(shí)踐應(yīng)用研究。強(qiáng)化厭氧氨氧化的研究目前仍處在實(shí)驗(yàn)室探索階段，規(guī)模較小，周期較短，離實(shí)際應(yīng)用還存在一段距離。因而有必要開(kāi)展中試等研究為未來(lái)的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用提供可靠的流程建議與數(shù)據(jù)積累。