厌氧氨氧化污泥富集过程中的传质动力学机制与优化策略研究

　　本研究针对厌氧氨氧化(anammox)工艺启动周期长、传质限制等问题，通过连续上流式污泥床反应器(CUSBAR)进行147天实验，结合广义Fulazzaky(GF)方程模拟，揭示了外部传质(EMT)是NH4 + 去除的关键限速步骤，为优化AnGS(厌氧氨氧化颗粒污泥)富集工艺提供理论依据。

　　

在污水处理领域，传统脱氮工艺面临能耗高、碳源需求大等瓶颈问题。厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation, anammox)技术因其无需有机碳源、能耗低等优势成为研究热点，但AnAOB(厌氧氨氧化菌)生长缓慢导致启动周期长，传质机制不明制约工艺优化。马来西亚高等教育部的科研团队通过连续上流式污泥床厌氧氨氧化反应器(CUSBAR)实验，结合广义Fulazzaky(GF)方程模拟，系统解析了AnGS富集过程中的传质动力学机制，成果发表于《International Biodeterioration》。

研究采用合成废水(SW)和接种污泥，通过CUSBAR反应器进行147天实验监测，运用GF方程模拟NH₄
⁺
去除的传质行为，比较外部传质(EMT)、内部传质(IMT)和全局传质(GMT)速率差异。实验设置初始NH₄
⁺
浓度30.9 mg/L并逐步提升至75.0 mg/L，通过监测NH₄
⁺
去除效率与污泥形态变化分析动力学特征。

合成废水与污泥接种
研究采用含NaHCO₃
、KH₂
PO₄
等成分的合成废水，添加含EDTA、MnCl₂
等微量元素的补充液，接种污泥取自污水处理厂好氧颗粒污泥。

厌氧氨氧化污泥形成
经过147天富集，AnGS呈现典型红色颗粒状（平均粒径2.1 mm），其特殊形态与AnAOB的代谢特性相关。实验观察到NH₄
⁺
去除效率随IMT速率提升而增加，第147天达84.97%。

结论
研究发现IMT与GMT速率高度接近且显著高于EMT速率，证实EMT是NH₄
⁺
去除的主要传质阻力。细菌生长呈现四个特征阶段，NH₄
⁺
浓度提升可促进AnGS成熟。该研究首次将GF方程应用于CUSBAR工艺模拟，为缩短anammox启动周期、优化反应器设计提供理论支撑，对推动低碳污水处理技术发展具有重要意义。

讨论
成果拓展了GF方程在生物传质领域的应用边界，揭示了AnGS富集过程中EMT的关键限制作用。作者Ching Yi Hong等指出，该发现可指导反应器流体动力学优化，未来需结合分子生物学手段深入解析AnAOB的代谢通路。研究获马来西亚高教部基金(FRGS/1/2022/TK08/UTM/01/8)支持，为anammox技术规模化应用奠定基础。