在對(duì)HRAS工藝機(jī)理認(rèn)識(shí)不斷深入的同時(shí)，一些衍生工藝也得到了發(fā)展，并展現(xiàn)出更好的發(fā)展勢(shì)頭，其中之一便是高負(fù)荷接觸穩(wěn)定工藝(見(jiàn)圖5)。傳統(tǒng)接觸穩(wěn)定工藝是1922年Coombs在英國(guó)開(kāi)創(chuàng)，一般SRT>3 d，通常目的是為了減少反應(yīng)池的池容。HiCS工藝的SRT一般為0.2～3 d，是HRAS和接觸穩(wěn)定工藝的相互結(jié)合，生物吸附能力更強(qiáng)，所需的池容更小，污水的碳轉(zhuǎn)向效率更高。

HiCS工藝包括穩(wěn)定池和接觸池，進(jìn)水直接進(jìn)入接觸池，保持在厭氧或較低的DO環(huán)境，回流污泥進(jìn)入穩(wěn)定池進(jìn)行曝氣。接觸池去除進(jìn)水有機(jī)物的主要機(jī)理是微生物在飽食狀態(tài)下的吸附與胞內(nèi)貯存，而在穩(wěn)定池中微生物處于饑餓階段，大量吸附回流污泥中的顆粒態(tài)、膠體態(tài)物質(zhì)。在HiCS工藝中，接觸池與穩(wěn)定池之間會(huì)形成一定的基質(zhì)梯度，迫使微生物經(jīng)歷“飽食-饑餓”的環(huán)境，產(chǎn)生一種令微生物傾向于吸附與貯存基質(zhì)的選擇壓，起到類似活性污泥工藝中選擇器的作用。

在HiCS工藝中，當(dāng)接觸池的泥齡為0.3 d，好氧的條件下會(huì)產(chǎn)生較為明顯的EPS，EPS的產(chǎn)生會(huì)提高生物絮凝性能，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)能量的最大化回收以及保持良好的污泥沉降性能非常關(guān)鍵。在某種程度上這與好氧顆粒污泥形成的條件之一“飽食-饑餓”有著類似之處。

HiCS工藝的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)污水處理的能量自給開(kāi)辟了一條值得借鑒的方法，污水中蘊(yùn)含著客觀的能量，有的研究結(jié)果顯示污水中所蘊(yùn)含的化學(xué)能是處理所需能耗的1.2～6倍，但目前絕大多數(shù)處理工藝是分解COD，而非回收COD。研究結(jié)果顯示，HiCS工藝較傳統(tǒng)活性污泥工藝能量回收高1倍。通常，傳統(tǒng)活性污泥工藝的能耗是27 kWh·PE(PE為人口當(dāng)量)，HiCS的能量回收可以達(dá)到28 kWh·PE，非常有利于實(shí)現(xiàn)污水處理的能源自給。HiCS工藝在未來(lái)進(jìn)一步發(fā)展的方向仍然是需要更深入了解吸附、貯存、生長(zhǎng)及氧化的機(jī)理，并在工程尺度的規(guī)模上優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)行。

主流短程脫氮技術(shù)

主流短程脫氮技術(shù)包括短程硝化反硝化(Nitrite shunt)、厭氧氨氧化、厭氧甲烷氧化(DAMO)。目前，厭氧甲烷氧化仍處于基礎(chǔ)研究階段，可能在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間還難以走向?qū)嶋H工程應(yīng)用，短程反硝化和厭氧氨氧化的蓬勃的發(fā)展勢(shì)頭令人關(guān)注。

現(xiàn)狀

從工程角度而言，推動(dòng)短程硝化反硝化及主流厭氧氨氧化發(fā)展的動(dòng)力主要來(lái)自于減少或摒棄外加碳源的需求、降低曝氣能耗以及追求更小的反應(yīng)池容。

不同的水質(zhì)特征會(huì)影響到主流短程脫氮技術(shù)的選擇，如果進(jìn)水碳氮比較高(C/N=6～10)時(shí)適合傳統(tǒng)硝化反硝化，當(dāng)碳氮比處于中等水平(C/N=3)適宜短程硝化反硝化，當(dāng)碳氮比較低時(shí)(C/N<1)時(shí)適合主流厭氧氨氧化。由于主流厭氧氨氧化的前景巨大，同時(shí)短程硝化是厭氧氨氧化的一個(gè)必要前提，因此主流厭氧氨氧化成為脫氮技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)。

目前，國(guó)際上主流厭氧氨氧化的技術(shù)發(fā)展路線大致有四類：顆粒污泥、絮體+顆粒污泥、生物膜/IFAS以及懸浮+生物膜的形式形式，如圖6所示。

上述四種技術(shù)路線各有特點(diǎn)，在保持Anammox菌方面，顆粒污泥、生物膜/IFAS及懸浮+生物膜的方式比較類似，Anammox菌生長(zhǎng)在顆粒內(nèi)或附著于填料上;絮體+顆粒污泥的技術(shù)路線是利用旋流器或篩網(wǎng)分離Anammox菌;在抑制NOB方面，主要的控制方式有出水殘留氨氮濃度、SRT控制、DO控制、瞬時(shí)缺氧等。不同的技術(shù)路線所采用的NOB抑制措施也不完全相同，顆粒污泥路線的方式是控制曝氣的體積、出水殘留氨氮、HRT控制絮體的泥齡;生物膜/IFAS技術(shù)路線的方式保持較低的DO、生物膜厚度的控制以及出水殘留的氨氮濃度;絮體+顆粒污泥與懸浮+生物膜的技術(shù)路線是保持較高的DO、出水殘留氨氮濃度、瞬時(shí)缺氧、主動(dòng)SRT等。

從實(shí)踐層面來(lái)看，各種不同技術(shù)流派已經(jīng)或正在中試及工程尺度規(guī)模推進(jìn)主流厭氧氨氧化的實(shí)踐。目前，主流DEMON工藝在德國(guó)、奧地利、荷蘭、美國(guó)、丹麥的污水處理廠正在探索，主流Anita-Mox在巴黎的中試試驗(yàn)結(jié)果表明，在最低水溫為15 ℃時(shí)，出水TN可以穩(wěn)定低于15 mg/L。新加坡樟宜再生水廠的研究結(jié)果也表明，Anammox菌對(duì)該廠的主流脫氮貢獻(xiàn)達(dá)到了31%。這些不同層面的實(shí)踐正一步步推動(dòng)主流厭氧氨氧化技術(shù)向前發(fā)展。

目前的挑戰(zhàn)與現(xiàn)實(shí)意義

雖然世界各地的污水處理實(shí)踐不斷地推動(dòng)和深化主流厭氧氨氧化的認(rèn)識(shí)，但目前的挑戰(zhàn)依然巨大，這些挑戰(zhàn)從宏觀層面看主要是水溫較低與基質(zhì)濃度較低造成的不利影響，從微觀層面來(lái)看實(shí)際上是如何控制不同微生物的高度共生。

在主流厭氧氨氧化工藝中，主要有Anammox菌、AOB、NOB、普通異養(yǎng)菌(OHO)，這些微生物共存于一個(gè)系統(tǒng)中，對(duì)不同的基質(zhì)形成了非常復(fù)雜的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，主要有AOB與NOB對(duì)氧的競(jìng)爭(zhēng)(DO的控制水平、曝氣的時(shí)間)、NOB與Anammox菌對(duì)亞硝酸鹽氮的競(jìng)爭(zhēng)(不同的亞硝酸鹽氮半飽和濃度及不同的溫度敏感性)以及異養(yǎng)菌與NOB對(duì)亞硝酸鹽氮的競(jìng)爭(zhēng)，如圖7所示，如何控制這些微生物處于合理的水平無(wú)論是對(duì)于微生物的認(rèn)知還是控制手段的優(yōu)化都是巨大的挑戰(zhàn)。

在這些復(fù)雜的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系中，如何抑制NOB成為這一技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵所在，從目前的認(rèn)識(shí)來(lái)看，NOB遠(yuǎn)比我們之前的認(rèn)識(shí)復(fù)雜，抑制的難度也較大。在側(cè)流工藝中，NOB主要是Nitrobacter，對(duì)NO-2-N有較低的親和力。而在主流工藝中，NOB主要是Nitrospira，對(duì)NO-2-N有較高的親和力，如表1所示。

Anammox菌對(duì)NO2-N的半飽和常數(shù)約0.6 mg NO-2-N，這樣在與Nitrospira對(duì)NO-2-N的競(jìng)爭(zhēng)中就會(huì)處于劣勢(shì)，最終無(wú)法實(shí)現(xiàn)短程脫氮。因此，雖然目前的各種手段有助于抑制NOB，但在工程規(guī)模的負(fù)荷變化中，仍然難以有效地解決這一問(wèn)題。

盡管主流厭氧氨氧化沒(méi)有完全成熟，但由于這一技術(shù)的巨大吸引力促使世界各地的污水處理廠不斷探索實(shí)踐，同時(shí)主流厭氧氨氧化的一些技術(shù)措施對(duì)傳統(tǒng)工藝也是有利，比如側(cè)流向主流工藝的生物強(qiáng)化會(huì)提高主流工藝的污泥沉降性能、間歇曝氣有助于降低傳統(tǒng)工藝的出水TN等。

編輯：徐冰冰