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本文聚焦包埋固定化技术在厌氧氨氧化（Anammox）工艺中的应用，综述碳基 / 铁基材料对载体性能的提升作用，分析交联机制与包埋形式对微生物活性的影响，探讨与功能菌协同强化脱氮效率的机制，为高效脱氮工艺提供理论支撑。
包埋固定化技术强化厌氧氨氧化工艺的研究进展
一、厌氧氨氧化工艺的优势与挑战
厌氧氨氧化（Anammox）工艺作为高效可持续的生物脱氮技术，具备显著节能优势，可降低 60% 曝气能耗、无需外加碳源且污泥产量减少 90%。然而，厌氧氨氧化菌（AnAOB）生长缓慢（倍增时间 11-14 天）、对温度、溶解氧（DO）和有毒物质敏感，制约了工艺启动效率与运行稳定性。
二、包埋固定化技术的核心优势
包埋固定化技术通过将微生物嵌入三维凝胶基质或半透膜，实现 AnAOB 高密度富集，增强系统抗冲击负荷能力，提升传质效率与运行稳定性。该技术可将 Anammox 工艺启动时间从传统颗粒污泥系统的 100-150 天缩短至 10-60 天，且在低温下仍能维持 80% 以上脱氮效率（NRR），为市政与工业废水处理开辟新路径。
三、包埋载体的优化策略
载体材料类型
- 天然载体：如海藻酸钠（SA）、壳聚糖（CS）、纤维素，因良好生物相容性被广泛应用，但机械强度低、易溶胀限制长期使用。
- 合成高分子载体：如聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）、水性聚氨酯（WPU），与天然载体性能互补。
- 复合载体：如 PVA-SA、PVA-CS，结合天然与合成高分子优势，富含羟基（–OH）、羧基（–COOH）基团，提升污染物吸附亲和力与选择性去除能力。通过负载碳基材料（如活性炭、石墨烯）、铁基化合物（如 Fe?O?）或黏土矿物，可进一步增强机械强度、孔隙率与电子传递效率，促进 AnAOB 活性与废水处理性能。
交联机制与包埋形式
交联技术通过形成聚合物层防止微生物泄漏并增强载体机械性能，可分为超分子化学、动态共价化学与强物理交联。优化交联工艺显著提升 AnAOB 活性，合理设计包埋形式（如颗粒、膜结构）可改善微生物相互作用、强化传质与机械强度。通过共固定 AnAOB 与功能菌（如部分硝化菌（PN）、部分反硝化菌（PD）、硫自养反硝化菌（SAD）、铁氨氧化菌（Feammox）），可在单级反应器内实现协同降解污染物，解决 AnAOB 所需亚硝态氮（NO??-N）供应问题。
四、微生物协同作用与应用拓展
AnAOB 与功能微生物（如氨氧化细菌（AOB）、氨氧化古菌（AOA）、完全氨氧化菌（Comammox）等）的协同作用，推动了 Anammox 工艺在主流废水与工业废水处理中的应用。然而，自然环境中 AnAOB 富集及其与功能菌群的协同作用通常需数月时间，包埋固定化技术通过空间结构化微生物群落，可显著缩短这一进程。
五、研究现状与未来方向
尽管包埋固定化技术已研究超二十年，但其在 Anammox 工艺中的应用仍有限，且缺乏系统综述。当前研究聚焦碳基与铁基材料对载体性能的提升，未来需解决水凝胶在废水处理中机械性能、延展性与传质效率的矛盾，进一步开发多功能复合载体，优化微生物空间分布，以推动 Anammox 工艺的实际应用与可持续废水处理发展。
六、结论
包埋固定化技术通过集成先进载体（如碳基 / 铁基复合水凝胶）、优化交联机制与构建空间结构化微生物群落，显著提升反应器启动效率、脱氮性能与运行稳定性，为解决 AnAOB 固有局限性提供变革性方案，未来需在材料性能与微生物协同机制方面深化研究，以促进该技术的工程化应用。
