短水力停留时间驱动厌氧氨氧化菌属生态位分化的颗粒污泥床膨胀机制研究

本研究针对厌氧氨氧化(anammox)工艺中水力停留时间(HRT)和上升流速对污泥毯特性及功能微生物群落的影响机制展开。通过调控EGSB反应器参数发现，缩短HRT至4小时可提升脱氮效率，扩大有效工作区至60%，并促进具备氧解毒能力的Candidatus Brocadia 成为优势菌属。适度提高上升流速能增强脱氮效果，但超过12米/小时会导致颗粒破碎。该研究为优化anammox-EGSB运行参数提供了理论依据。

　　

在污水处理领域，厌氧氨氧化(anammox)技术因其能将氨氮(NH₄
⁺
-N)和亚硝酸盐(NO₂
^–
-N)直接转化为氮气(N₂
)的特性，被视为最具成本效益的脱氮方案。然而在实际应用中，膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器的运行参数调控仍面临挑战——不恰当的水力停留时间(HRT)和上升流速会导致污泥流失、颗粒解体，甚至影响整个系统的脱氮效率。更复杂的是，反应器内部存在明显的空间异质性，不同高度区域的微生物群落和代谢活性差异显著，但目前对这种分层现象的机制认识仍不充分。

针对这些问题，江苏某高校的研究团队通过长期实验，系统研究了HRT和上升流速对anammox-EGSB反应器性能的影响规律。研究发现，将HRT从8小时缩短至4小时，不仅使总氮去除率提升至87.8%，还将有效工作区比例从36.9%扩大到60%。这种优化促使具备氧解毒能力的Candidatus Brocadia
菌成为优势种群，在溶解氧(DO)和底物浓度升高的条件下取代了Candidatus Kuenenia
和Candidatus Jettenia
。同时，将上升流速控制在10米/小时可促进污泥毯膨胀，但超过12米/小时时产生的剪切力会导致颗粒破碎。该成果发表于《Bioresource Technology》，为anammox工艺的工程化应用提供了重要参数指导。

研究采用容积2.16L、高径比20.6的EGSB反应器，在35±2°C、pH7.0-7.3条件下连续运行284天。通过分阶段调整HRT（8/4/2小时）和上升流速（8/10/12米/小时），结合污泥特性分析、氮转化效率监测及高通量测序等技术，系统解析了参数变化对污泥毯扩张和微生物群落的影响机制。

The anammox-EGSB configuration and operation
反应器启动阶段（0-35天）采用接种颗粒污泥，通过监测氮去除效率确定稳定期。温度、pH等参数通过循环水浴和自动控制系统精确维持。

Long-term performance of nitrogen removal in the anammox-EGSB
五阶段实验显示：HRT8小时时，上升流速从8增至10米/小时使TN去除率稳定在87.8%；继续增至12米/小时则因颗粒破碎导致效率下降。固定上升流速10米/小时条件下，HRT缩短至4小时显著提升脱氮性能，但进一步减至2小时会出现底物限制。

Conclusion
研究证实污泥毯的空间异质性是维持高效脱氮的关键。HRT4小时促进大颗粒均匀分布，扩大活性区域；Ca. Brocadia
凭借氧解毒能力在DO升高的上层成为优势菌。上升流速需控制在12米/小时以下以避免颗粒解体。这些发现为优化anammox-EGSB反应器提供了理论支撑，对实现稳定高效的工程化应用具有重要指导价值。