#苏州科技大学陈重军：厌氧氨氧化颗粒污泥的研究进展#
https://t.cn/A6qcKi82
专栏寄语：水是与人类活动关系最为密切的环境要素，水环境前沿科学研究也始终处于高度活跃的状态。科学研究没有终点，而发表、出版是研究社区、学术生态不可或缺的重要一环。作为专业水行业期刊，我们始终致力于期刊特色发展，希望为塑造生机勃勃的学术生态环境做出应有的贡献。《中国给水排水》杂志与中信环境联合推出“Top Water Research”微信专栏，旨在传递国内外水环境研究Top文献情报，进一步推动学术交流合作。欢迎国内外的优秀研究团队踊跃参与，分享你们的前沿研究成果。本专栏将持续播出，敬请关注！
推荐理由：自活性污泥法成功用于城市污水处理以来，历经百年，弥久不衰。但随着经济快速发展，大量有机污染物进入水环境，导致水体富营养化、水华现象、蓝藻爆发事件频发。同时为了进一步降低传统活性污泥法能耗、占地面积，提高氮、磷的去除效能和能源回收，颗粒污泥技术应运而生。
荷兰代尔夫特理工大学教授Mark van Loosdrecht院士指出，未来污水处理生物技术主要是厌氧氨氧化(Anammox)、好氧颗粒污泥(AGS)技术。由于Anammox 微生物繁殖速率低，世代周期长，在实际应用中容易随污泥流失导致难以快速培养。而颗粒污泥因其具有优异的沉降性能，可以保留大量生物群体，抵抗冲击能力强，能有效解决污泥流失的困境，对复杂的环境条件具有较强的适应性。耦合Anammox和颗粒污泥的优势，因而有关Anammox颗粒污泥相关研究迅速开展。然而有关Anammox颗粒污泥的性质、影响因素、局限性和应用的研究进展相关报道并不多见。苏州科技大学陈重军副教授一直从事Anammox相关研究，并对Anammox颗粒污泥特性、形成因素、应用状况进行分析。近期，该研究小组将此研究成果以“Research advances in anammox granular sludge: A review”为题，发表在环境领域期刊Critical Reviews in Environmental Science and Technology。
——同济大学浙江学院、《中国给水排水》青年编委 刘俊 博士
该研究获得了国家自然科学基金（51508366）、中国博士后科学基金（2020M671400）、江苏省自然科学基金（BK20201450）的资助。研究成果以“Research advances in Anammox granular sludge: A review”为题，发表在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（SCI，IF= 8.302，1区Top）DOI:10.1080/10643389.2020.1831358
中文摘要
厌氧氨氧化 (Anaerobic ammonium oxidation，Anammox)是在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌(AnAOB)以NO2--N为电子受体，氧化NH4+-N为N2的过程。该过程无需外加有机碳源，主要应用于高氨氮、低碳源废水处理，为实现自养低耗脱氮提供了新途径。然而，AnAOB繁殖速率低，倍增时间长，在实际应用中很容易随污泥流失导致难以快速培养。颗粒污泥因其具有优异的沉降性能，可以保留大量生物群体，抵抗冲击能力强，能有效解决污泥流失的难题，对复杂的环境条件具有更强的适应性，成为Anammox的主要选择形式。本文综述了厌氧氨氧化颗粒污泥的性质、影响因素、局限性以及应用的研究进展，旨为厌氧氨氧化颗粒污泥的研究和工程应用提供参考。
图文摘要
1
引言
传统生物脱氮工艺是基于硝化-反硝化过程，最后转化为氮气，工艺流程长，脱氮负荷低，占地面积大，投资高。因此，进一步探索高效率、低能耗的废水脱氮技术已成为废水脱氮领域的重要内容。厌氧氨氧化 (Anaerobic ammonium oxidation，Anammox)是在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌(AnAOB)以NO2--N为电子受体，氧化NH4+-N为N2的过程。该过程无需外加有机碳源，主要应用于高氨氮、低碳源废水处理，为实现自养低耗脱氮提供了新途径。然而，AnAOB繁殖速率低，倍增时间长，在实际应用中很容易随污泥流失导致难以快速培养。颗粒污泥因其具有优异的沉降性能，可以保留大量生物群体，抵抗冲击能力强，能有效解决污泥流失的难题，对复杂的环境条件具有更强的适应性，成为Anammox的主要选择形式。本文综述了厌氧氨氧化颗粒（AnGS）的性质、影响因素、局限性以及应用的研究进展，希望能为AnGS的研究和工程应用提供借鉴。
2
图文导读
该综述首先介绍了AnGS的优点及形成过程。颗粒污泥比絮体污泥更致密，微生物结构更强，AnGS可以在不需要载体的情况下确保完全的生物量保留。此外，由于它们的高沉降速度，可以采用高水力负荷，而不会对生物量造成相应的冲刷。颗粒污泥由微生物细胞、胞外聚合物(EPS)和无机物等组成。AnGS的形成过程见图2。
文章介绍了AnGS的性质、影响因素、局限性及应用的研究进展。AnGS一般呈球形且表面光滑，可分为沉降颗粒和漂浮颗粒，沉降颗粒的平均粒径为（2.96±0.99）mm，小于漂浮颗粒的平均直径，即(4.58±1.22)mm，研究发现沉降性能和反应器的总体性能呈现正相关，即颗粒沉降性越高，反应器的性能越好。而AnGS的粒径与密度成反比。因此，增大粒径会导致AnGS的密度降低，从而导致颗粒污泥的上浮。根据Anammox工艺的沉降模型，1.75~4.00mm的粒径被认为是Anammox工艺有效运行的最佳粒径。为防止颗粒污泥上浮，建议AnGS的粒径始终保持在2.20mm以上。AnGS独特的胭脂色也表明了AnAOB的高活性，但它们的颜色仍然可以从胭脂红到褐色或黑色，主要受到AnAOB中血红素c的浓度影响，见图3、4。
同时，一定浓度有机物的存在会对AnGS的污泥特性造成影响，随着浓度的升高，AnGS由砖红色转变为黑色，颗粒结构会造成显著影响（见图5）。AnGS的形成及性能不仅受底物浓度、温度、pH值、HRT和SRT等因素的影响，胞外聚合物(EPS)的聚集、流体动力剪切力和搅拌速度、无机离子的存在以及废水中纳米颗粒的存在等因素的影响不容忽视。
厌氧氨氧化颗粒污泥在实验室规模、中试规模和工程应用各个层面上均取得成功，具有巨大优势，见表1。
然而，厌氧氨氧化在实际应用中仍存在一些局限性。比如颗粒污泥的上浮现象、AnGS的储存及重金属的影响等，仍然限制着AnGS的大规模应用。较高脱氮负荷导致氮气产量的增加可能是AnGS上浮的主要原因之一。也有专家认为颗粒污泥内部形成的气穴也会造成颗粒上浮。而对于AnGS的储存，应该选择新方法替代冷冻保存。而重金属的不同类型、数量会不同程度地抑制AnGS的形成，也为厌氧氨氧化颗粒污泥处理工业废水带来了难度。
3
结论与展望
研究者们已对AnGS的结构性质、影响因素等进行了研究，为Anammox快速颗粒化和稳定运行提供了基础，但仍存在一些局限性。比如厌氧氨氧化颗粒污泥的上浮、储存及重金属敏感性均限制AnGS的大规模应用，亟待在未来研究中着手解决。
研究小组介绍
陈重军（左二），苏州科技大学副教授、硕士生导师，主要研究方向为厌氧氨氧化脱氮、生物电化学强化厌氧处理等。主持国家自然科学基金、中国博士后科学基金、江苏省自然科学基金等20余项，在国内外期刊发表论文70多篇，授权国家专利15项，其中发明专利10项。入选江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师、江苏省双创计划，荣获全国环境类专业本科生优秀毕业论文指导教师、江苏省协同创新管理先进个人等光荣称号。担任《中国给水排水》、《工业水处理》青年编委，国家职业技能证书（工业废水处理工）培训专家，苏州市环保产业协会专家委员会委员，苏州市科技咨询专家，苏州市工业和信息化领域专家。目前研究小组共有硕士研究生10名，其中国际硕士2名。
策划组稿：刘俊
编辑：衣春敏
制作：文凯
审核：李德强
https://t.cn/A6qcKi82
专栏寄语：水是与人类活动关系最为密切的环境要素，水环境前沿科学研究也始终处于高度活跃的状态。科学研究没有终点，而发表、出版是研究社区、学术生态不可或缺的重要一环。作为专业水行业期刊，我们始终致力于期刊特色发展，希望为塑造生机勃勃的学术生态环境做出应有的贡献。《中国给水排水》杂志与中信环境联合推出“Top Water Research”微信专栏，旨在传递国内外水环境研究Top文献情报，进一步推动学术交流合作。欢迎国内外的优秀研究团队踊跃参与，分享你们的前沿研究成果。本专栏将持续播出，敬请关注！
推荐理由：自活性污泥法成功用于城市污水处理以来，历经百年，弥久不衰。但随着经济快速发展，大量有机污染物进入水环境，导致水体富营养化、水华现象、蓝藻爆发事件频发。同时为了进一步降低传统活性污泥法能耗、占地面积，提高氮、磷的去除效能和能源回收，颗粒污泥技术应运而生。
荷兰代尔夫特理工大学教授Mark van Loosdrecht院士指出，未来污水处理生物技术主要是厌氧氨氧化(Anammox)、好氧颗粒污泥(AGS)技术。由于Anammox 微生物繁殖速率低，世代周期长，在实际应用中容易随污泥流失导致难以快速培养。而颗粒污泥因其具有优异的沉降性能，可以保留大量生物群体，抵抗冲击能力强，能有效解决污泥流失的困境，对复杂的环境条件具有较强的适应性。耦合Anammox和颗粒污泥的优势，因而有关Anammox颗粒污泥相关研究迅速开展。然而有关Anammox颗粒污泥的性质、影响因素、局限性和应用的研究进展相关报道并不多见。苏州科技大学陈重军副教授一直从事Anammox相关研究，并对Anammox颗粒污泥特性、形成因素、应用状况进行分析。近期，该研究小组将此研究成果以“Research advances in anammox granular sludge: A review”为题，发表在环境领域期刊Critical Reviews in Environmental Science and Technology。
——同济大学浙江学院、《中国给水排水》青年编委 刘俊 博士
该研究获得了国家自然科学基金（51508366）、中国博士后科学基金（2020M671400）、江苏省自然科学基金（BK20201450）的资助。研究成果以“Research advances in Anammox granular sludge: A review”为题，发表在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（SCI，IF= 8.302，1区Top）DOI:10.1080/10643389.2020.1831358
中文摘要
厌氧氨氧化 (Anaerobic ammonium oxidation，Anammox)是在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌(AnAOB)以NO2--N为电子受体，氧化NH4+-N为N2的过程。该过程无需外加有机碳源，主要应用于高氨氮、低碳源废水处理，为实现自养低耗脱氮提供了新途径。然而，AnAOB繁殖速率低，倍增时间长，在实际应用中很容易随污泥流失导致难以快速培养。颗粒污泥因其具有优异的沉降性能，可以保留大量生物群体，抵抗冲击能力强，能有效解决污泥流失的难题，对复杂的环境条件具有更强的适应性，成为Anammox的主要选择形式。本文综述了厌氧氨氧化颗粒污泥的性质、影响因素、局限性以及应用的研究进展，旨为厌氧氨氧化颗粒污泥的研究和工程应用提供参考。
图文摘要
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引言
传统生物脱氮工艺是基于硝化-反硝化过程，最后转化为氮气，工艺流程长，脱氮负荷低，占地面积大，投资高。因此，进一步探索高效率、低能耗的废水脱氮技术已成为废水脱氮领域的重要内容。厌氧氨氧化 (Anaerobic ammonium oxidation，Anammox)是在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌(AnAOB)以NO2--N为电子受体，氧化NH4+-N为N2的过程。该过程无需外加有机碳源，主要应用于高氨氮、低碳源废水处理，为实现自养低耗脱氮提供了新途径。然而，AnAOB繁殖速率低，倍增时间长，在实际应用中很容易随污泥流失导致难以快速培养。颗粒污泥因其具有优异的沉降性能，可以保留大量生物群体，抵抗冲击能力强，能有效解决污泥流失的难题，对复杂的环境条件具有更强的适应性，成为Anammox的主要选择形式。本文综述了厌氧氨氧化颗粒（AnGS）的性质、影响因素、局限性以及应用的研究进展，希望能为AnGS的研究和工程应用提供借鉴。
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图文导读
该综述首先介绍了AnGS的优点及形成过程。颗粒污泥比絮体污泥更致密，微生物结构更强，AnGS可以在不需要载体的情况下确保完全的生物量保留。此外，由于它们的高沉降速度，可以采用高水力负荷，而不会对生物量造成相应的冲刷。颗粒污泥由微生物细胞、胞外聚合物(EPS)和无机物等组成。AnGS的形成过程见图2。
文章介绍了AnGS的性质、影响因素、局限性及应用的研究进展。AnGS一般呈球形且表面光滑，可分为沉降颗粒和漂浮颗粒，沉降颗粒的平均粒径为（2.96±0.99）mm，小于漂浮颗粒的平均直径，即(4.58±1.22)mm，研究发现沉降性能和反应器的总体性能呈现正相关，即颗粒沉降性越高，反应器的性能越好。而AnGS的粒径与密度成反比。因此，增大粒径会导致AnGS的密度降低，从而导致颗粒污泥的上浮。根据Anammox工艺的沉降模型，1.75~4.00mm的粒径被认为是Anammox工艺有效运行的最佳粒径。为防止颗粒污泥上浮，建议AnGS的粒径始终保持在2.20mm以上。AnGS独特的胭脂色也表明了AnAOB的高活性，但它们的颜色仍然可以从胭脂红到褐色或黑色，主要受到AnAOB中血红素c的浓度影响，见图3、4。
同时，一定浓度有机物的存在会对AnGS的污泥特性造成影响，随着浓度的升高，AnGS由砖红色转变为黑色，颗粒结构会造成显著影响（见图5）。AnGS的形成及性能不仅受底物浓度、温度、pH值、HRT和SRT等因素的影响，胞外聚合物(EPS)的聚集、流体动力剪切力和搅拌速度、无机离子的存在以及废水中纳米颗粒的存在等因素的影响不容忽视。
厌氧氨氧化颗粒污泥在实验室规模、中试规模和工程应用各个层面上均取得成功，具有巨大优势，见表1。
然而，厌氧氨氧化在实际应用中仍存在一些局限性。比如颗粒污泥的上浮现象、AnGS的储存及重金属的影响等，仍然限制着AnGS的大规模应用。较高脱氮负荷导致氮气产量的增加可能是AnGS上浮的主要原因之一。也有专家认为颗粒污泥内部形成的气穴也会造成颗粒上浮。而对于AnGS的储存，应该选择新方法替代冷冻保存。而重金属的不同类型、数量会不同程度地抑制AnGS的形成，也为厌氧氨氧化颗粒污泥处理工业废水带来了难度。
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结论与展望
研究者们已对AnGS的结构性质、影响因素等进行了研究，为Anammox快速颗粒化和稳定运行提供了基础，但仍存在一些局限性。比如厌氧氨氧化颗粒污泥的上浮、储存及重金属敏感性均限制AnGS的大规模应用，亟待在未来研究中着手解决。
研究小组介绍
陈重军（左二），苏州科技大学副教授、硕士生导师，主要研究方向为厌氧氨氧化脱氮、生物电化学强化厌氧处理等。主持国家自然科学基金、中国博士后科学基金、江苏省自然科学基金等20余项，在国内外期刊发表论文70多篇，授权国家专利15项，其中发明专利10项。入选江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师、江苏省双创计划，荣获全国环境类专业本科生优秀毕业论文指导教师、江苏省协同创新管理先进个人等光荣称号。担任《中国给水排水》、《工业水处理》青年编委，国家职业技能证书（工业废水处理工）培训专家，苏州市环保产业协会专家委员会委员，苏州市科技咨询专家，苏州市工业和信息化领域专家。目前研究小组共有硕士研究生10名，其中国际硕士2名。
策划组稿：刘俊
编辑：衣春敏
制作：文凯
审核：李德强
【旅美中国学者：我在美国养老院陪伴隔离中的老人】为防疫而采取的社交隔离措施对于独居老人而言是个尤为严峻的考验，疫情期间养老院拒绝家属探望，也对那里的老人带来负面影响。旅美学者彭小华近日撰文谈及自己在美国的养老院陪老人聊天的经历，她通过每周陪一名85岁的老人聊天，对疫情中老人的心理需求有了更多了解，也希望能将“陪老”知识应用到中国。
彭小华是旅美独立学者、作家、咨询师，是美国作家葛文德（Atul Gawande）《最好的告别》（Being Mortal:Medicine and What Matters in the End）一书作者。疫情期间，她经由留学生友人小安介绍，到一家养老院陪美国老人丹尼尔聊天，每周1个小时左右。https://t.cn/A6U59drU
彭小华是旅美独立学者、作家、咨询师，是美国作家葛文德（Atul Gawande）《最好的告别》（Being Mortal:Medicine and What Matters in the End）一书作者。疫情期间，她经由留学生友人小安介绍，到一家养老院陪美国老人丹尼尔聊天，每周1个小时左右。https://t.cn/A6U59drU
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