控制与常温条件下厌氧氨氧化(Anammox)处理生活污水的底物动力学抑制机制研究

本研究针对生活污水处理中高COD/N比抑制厌氧氨氧化(Anammox)活性的难题，通过移动床生物膜反应器(MBBR)系统，结合一级、Grau二级和修正Stover-Kincannon动力学模型，揭示了COD/N>8时特异性厌氧氨氧化活性(SAA)最高抑制达92%的机制。研究证实修正Stover-Kincannon模型(R2>0.98)最优，为分散式污水处理系统优化提供理论支撑。

　　

随着全球淡水资源日益紧张，污水处理技术正面临低碳节能转型的迫切需求。传统硝化-反硝化工艺虽能有效脱氮，但其高能耗（占全球电力消耗3%）和温室气体排放问题突出。在此背景下，厌氧氨氧化(Anammox)技术因其无需有机碳源、能耗降低60%的优势成为研究热点。然而，实际应用中存在两大瓶颈：生活污水高COD/N比导致Anammox菌活性抑制，以及环境波动引发的系统失稳。印度理工学院布巴内斯瓦尔分校的研究团队通过创新性实验设计，首次在真实生活污水条件下系统解析了底物动力学抑制机制，相关成果发表于《International Biodeterioration》。

研究采用1L圆柱形MBBR反应器，填充30% Kaldness K5生物载体（比表面积1200 m²/m³），对比分析了合成与真实生活污水在8-24小时HRT、COD/N比1-15条件下的处理效能。关键技术包括：1）三级动力学模型拟合（一级、Grau二级、修正Stover-Kincannon）；2）特异性Anammox活性(SAA)抑制定量；3）控制（25±1°C）与常温（18-32°C）双场景验证。

Reactor setup and operational conditions
实验系统通过精确控制HRT和底物浓度梯度，发现当COD浓度恒定为350 mg/L时，TN负荷30-300 mg N/L的变化会显著改变COD/N比。反应器接种20%厌氧污泥，采用印度理工学院宿舍区真实生活污水作为测试介质，其复杂有机物组成更贴近实际应用场景。

Results and discussion
动力学模型分析显示，一级模型对COD去除的拟合度仅R²=0.36，而Grau模型和修正Stover-Kincannon模型均达到R²>0.98的高精度。在24小时HRT时取得最佳处理效果：TN去除率96%、COD去除率92%。但COD/N>8时出现明显抑制，COD/N=15时SAA抑制率达92%，常温条件下TN去除率较控制环境下降7%（89%→82%）。

Conclusions
研究证实修正Stover-Kincannon模型能精准描述Anammox-MBBR中TN/COD共去除动力学，为反应器设计提供量化工具。发现COD/N=4-6为阈值区间，超过此范围需通过HRT调节维持系统稳定。该成果创新性地提出"动态HRT调控"策略，为分散式污水处理系统应对水质波动提供了可操作性方案。

这项研究的突破性在于：首次量化了真实生活污水条件下COD/N比对SAA的抑制曲线，建立了环境温度-底物负荷-处理效能的关联模型。通过将实验室控制条件与实地环境数据对接，填补了Anammox技术从实验室走向工程应用的转化研究空白。研究强调，未来分散式污水处理系统设计需综合考量动力学模型指导、弹性HRT调控和温度补偿措施，这对实现联合国可持续发展目标(SDG6)具有重要实践意义。