工业水处理, 2021, 41(10): 36-43 doi: 10.19965/j.cnki.iwt.2020-0823

• 专论与综述 •

短程硝化-厌氧氨氧化工艺控制方法与机理分析

赵杰俊,1, 刘祖文1, 蔡晓媛1, 张大超,1,2

1. 江西理工大学资源与环境工程学院, 江西省矿冶环境污染控制重点实验室, 江西赣州 341000

2. 江西零真生态环境集团有限公司, 赣州市矿山生态修复技术创新中心, 江西赣州 341000

Control method and mechanism analysis of partial nitrification-Anammox process

ZHAO Jiejun,1, LIU Zuwen1, CAI Xiaoyuan1, ZHANG Dachao,1,2

1. Jiangxi Key Laboratory of Mining&Metallurgy Environmental Pollution Control, School of Resources and Environmental Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China

2. Jiangxi Lingzhen Ecological Environment Group Co., Ltd., Ganzhou Technology Innovation Center of Mine Ecological Restoration, Ganzhou 341000, China

通讯作者: 张大超, 教授。电话: 13766377328, E-mail: dachaozhang@sina.com

收稿日期: 2021-06-11  

Received: 2021-06-11  

作者简介 About authors

赵杰俊(1996-),硕士研究生电话:18636207972,E-mail:2867853172@qq.com , E-mail：2867853172@qq.com

Abstract

As a new autotrophic biological nitrogen removal technology, the partial nitrification-Anammox process has great economic advantages in treating wastewater with high ammonia concentration and low carbon to nitrogen ratio. At present, the start-up mode of the process and the control conditions for efficient and stable operation have not been well summarized. Based on this, the influencing factors, control and start-up of the partial nitrification-Anammox process were analyzed and summarized, and the biochemical process of sludge bacteria was described. It was expected to provide a theoretical reference for the subsequent development of more stable and efficient partial nitrification-Anammox autotrophic biological nitrogen removal technology.

Keywords： partial nitrification ; Anammox ; autotrophic denitrification ; microbial characteristics

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赵杰俊, 刘祖文, 蔡晓媛, 张大超. 短程硝化-厌氧氨氧化工艺控制方法与机理分析. 工业水处理[J], 2021, 41(10): 36-43 doi:10.19965/j.cnki.iwt.2020-0823

ZHAO Jiejun. Control method and mechanism analysis of partial nitrification-Anammox process. Industrial Water Treatment[J], 2021, 41(10): 36-43 doi:10.19965/j.cnki.iwt.2020-0823

20世纪90年代，荷兰的A. A. van de Graaf等〔1〕发现了一种新型细菌——厌氧氨氧化菌（AnAOB）。这类细菌可以在厌氧或缺氧条件下，以亚硝酸盐氮（NO2--N）为电子受体，将氨氮（NH4+-N）氧化成氮气（N2）〔2〕。这种无需外加有机碳源的厌氧氨氧化（An- ammox）工艺可以与短程硝化（PN）工艺相结合，即为部分硝化-厌氧氨氧化（PN-A）工艺〔3〕。其中，短程硝化中的氨氧化菌（AOB）可将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐，后续AnAOB再将剩余氨氮和亚硝酸盐（由AOB提供）转化为氮气，从而实现废水脱氮〔4〕。短程硝化-厌氧氨氧化工艺被认为是最经济、最有效的废水脱氮工艺，其在处理含氮废水方面可以减少50%的曝气消耗、100%的有机碳消耗和90%的污泥产量〔5〕。目前，已开发的短程硝化-厌氧氨氧化工艺主要有2类：（1）1个反应器内进行的单级反应〔6〕，如OLAND（限氧自养硝化反硝化）工艺、CANON（亚硝酸盐完全自养氮去除）、SAND（同时部分硝化、厌氧氨氧化和反硝化）工艺〔7〕等；（2）不同反应器内进行的多级反应，如Sharon-Anammox工艺（以Sharon工艺作为硝化反应器，Anammox工艺作为反硝化反应器进行的组合工艺）。这2种类型（单级和多级反应）的短程硝化-厌氧氨氧化工艺在国内外高基质（氨氮）、中温（30~40 ℃）的废水处理中均已有应用〔8〕。

与传统的硝化-反硝化脱氮技术〔9〕相比，短程硝化-厌氧氨氧化工艺具有低能耗、高效率、低成本等优点〔10〕，在高氨氮、低碳氮比的废水处理中具有极大的优势〔11〕。已有很多研究在不同类型废水、不同操作条件下成功运行了短程硝化-厌氧氨氧化工艺，并都实现了很高的脱氮效率。但目前尚未有对短程硝化-厌氧氨氧化工艺的启动方式以及高效稳定运行所需控制的条件进行很好的总结。基于此，笔者对短程硝化-厌氧氨氧化工艺技术的研究现状、工艺影响因素、控制与启动方式以及污泥菌群的生物特性进行了深入分析和总结，以期为提高短程硝化-厌氧氨氧化工艺系统运行的稳定性、高效性提供参考和技术支撑。

1 短程硝化-厌氧氨氧化工艺的启动与控制

1.1 单级反应

短程硝化-厌氧氨氧化单级反应是指在1个反应器内通过控制DO、pH等参数的梯度变化实现同步短程硝化和厌氧氨氧化〔12〕，其基本原理是由好氧氨氧化菌和缺氧氨氧化菌或厌氧氨氧化菌组成混合细菌群落，利用它们之间的协同关系实现废水脱氮，如图 1所示。在好氧/缺氧交替条件下AOB和AnAOB能形成分层分布的生物膜，AOB在外层好氧区将氨氮转化为亚硝酸盐，AnAOB在内层缺氧区将剩余氨氮和亚硝酸盐转化为氮气，从而实现在单个反应器内同时存在好氧氨氧化和厌氧氨氧化反应〔13〕。

图1

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图1   单级反应AOB和AnAOB形成分层分布的生物膜

Fig.1   A layered biofilm was formed between AOB and AnAOB in a reactor


目前，快速启动短程硝化-厌氧氨氧化单相反应器有3种方法：（1）控制反应器内各种因素条件，实现AOB和AnAOB的同步富集。Huihui CHEN等〔14〕在pH为8.0~8.2、温度为35 ℃、DO为0.4~0.6 mg/L和C/N为1的条件下，运行46 d后成功启动了短程硝化-厌氧氨氧化单级反应，AOB和AnAOB分别同时被富集到SNAD反应器生物膜的好氧外侧和厌氧内侧。（2）在进水中仅含氨氮的厌氧氨氧化反应器内接种硝化污泥，同时开始微量曝气。Feiyue QIAN等〔15〕在稳定运行的厌氧氨氧化反应器中接种硝化颗粒污泥后，通过增加氨氮负荷和限氧运行，在100 d后成功启动了短程硝化-厌氧氨氧化反应器。（3）在低氧操作的短程硝化反应器内接种厌氧氨氧化污泥。但AnAOB是严格厌氧的自养菌，其在复杂环境下富集培养困难，因此，对于反应器启动而言，这种方法相较于另外2种方法是最有难度的。

短程硝化-厌氧氨氧化单级反应工艺对操作条件等的控制要求较高。首先AnAOB生长缓慢、倍增时间长，会导致反应器启动期较长〔16〕；其次要想得到较高的氨氮去除率，就必须限制硝酸盐的生成，同时也要保证短程硝化产生的亚硝酸盐可满足厌氧氨氧化的消耗量〔6〕。因此，要在完全混合的活性污泥系统中实现AOB和AnAOB共存并协同除氮是比较困难的〔17〕。目前，控制短程硝化-厌氧氨氧化单级反应的主要技术包括：（1）污泥停留时间（SRT）控制〔18〕；（2）游离氨（FA）控制〔19〕；（3）溶解氧（DO）浓度控制，如低曝气或间歇曝气〔20〕；（4）pH、温度、水力停留时间（HRT）控制〔21〕；（5）氧化还原电位（OPR）控制〔22〕；（6）添加化学试剂，如羟胺、联氨等〔23〕；（7）盐度控制〔24〕。通过对这些控制技术的单项或组合应用，如DO-SRT〔18〕、pH-HRT〔25〕、DO-OPR〔26〕等，可实现短程硝化-厌氧氨氧化单级反应工艺的启动与运行。

1.2 多级反应

多级反应是指将分处于不同反应器的短程硝化反应和厌氧氨氧化反应进行耦合脱氮，如Sharon- Anammox工艺〔27〕，其反应式见式（1）和式（2）〔28〕。Sha- ron工艺〔29〕可根据AOB和NOB的不同生长条件，使AOB成为反应器的优势菌属，并通过控制反应器的水力停留时间稳定控制氨氮的氧化速率，从而达到Anammox工艺的进水要求（NH4+-N与NO2--N的质量比约为1∶1）〔30〕。

(1)

(2)

AOB和AnAOB的生理特征和生存环境不同，将部分硝化和厌氧氨氧化分处不同反应器内，可有效避免AOB和AnAOB因环境要求不同而导致的相互抑制。比如，当厌氧氨氧化反应器或部分硝化反应器中的1个反应器性能出现恶化时，另外1个反应器性能就不会受到影响〔31〕，只需对出现恶化的反应器进行调控与修复，就可继续保证整个短程硝化-厌氧氨氧化系统的稳定运行。此外，在脱氮效率方面，Peng WU等〔32〕在相同条件下，对单级和双级短程硝化-厌氧氨氧化工艺进行了比较，结果表明，分处于2个反应器进行的两级部分硝化-厌氧氨氧化工艺具有更高的脱氮效率。

Sharon-Anammox生物脱氮工艺具备良好的脱氮能力和较低的运行成本，备受市场和科研人员青睐。然而，在使用Sharon-Anammox工艺处理实际氨氮废水时，可能会产生某些冲突。例如，Anammox反应可增加pH，而硝化反应可降低pH；厌氧氨氧化严格厌氧，而短程硝化需要曝气。因此，在串联过程中需要进行一些中间调试与控制〔33〕。B. VALVERDE- PEREZ等〔31〕在研究Sharon-Anammox工艺最佳控制系统时，用实际的动态方案模拟对控制系统进行评估和测试，排列变量DO和pH的组合，将实际控制问题转变为数学优化问题，以实现DO和pH动态调控。实验结果证明，这种控制策略可稳定控制反应器，从而提高了脱氮效率。

目前在无外加碳源的情况下，短程硝化-厌氧氨氧化反应用于主流污水处理，出水中会含有大量NO3--N（NO3--N > 100 mg/L），无法满足排放标准要求（TN < 20 mg/L）〔34〕。若后期通过完全反硝化去除残留的NO3--N，会增加处理成本并导致过多的污泥产生〔35〕。因此，许多学者将部分硝化-厌氧氨氧化工艺与其他脱氮工艺耦合起来，以提高氨氮去除率。Zhong WANG等〔34〕将PN/A与短程反硝化相耦合（PN/A+PD/A），最终总氮去除率可达98.8%。Xiang LI等〔36〕将PN和Anammox耦合在CANON和Sharon- Anammox之间也达到了类似效果，在用其处理NH4+-N为1 900 mg/L的垃圾填埋场渗滤液时，总氮去除率达到99%。

2 短程硝化-厌氧氨氧化工艺影响因素

在短程硝化-厌氧氨氧化反应过程中，氨和亚硝酸盐是AnAOB的基质，其中亚硝酸盐浓度取决于AOB和NOB（亚硝酸盐氧化菌）活性。当AOB将部分氨氮转化为亚硝酸盐后，NOB会消耗亚硝酸盐，从而与AnAOB产生基质竞争。因此，实现短程硝化-厌氧氨氧化工艺的关键是维持AOB和AnAOB活性的同时，抑制NOB活性〔37〕。其中，影响AnAOB、AOB和NOB活性的环境因素很多〔38〕，笔者重点介绍了温度、pH、溶解氧（DO）、NOx等的影响作用。

2.1 温度影响

M. TOMASZEWSKI等〔39〕指出，温度主要是通过酶活性和化学反应活化能来对微生物的生理生化功能产生影响。根据修正的Arrhenius方程式〔40〕，温度升高，加快酶促反应的同时，也加快了酶变性失活，而当酶的促进效应与失活效应趋于平衡时，微生物活性最高。研究表明，短程硝化-厌氧氨氧化反应器在温度为30~35 ℃的条件下可成功运行，此温度下，可维持AOB和AnAOB之间的动态平衡，同时AOB比NOB生长更快〔8〕。在温度效应上，活化能越大，化学反应对温度变化的敏感性越高。NOB、AOB、AnAOB的反应活化能分别为44、68、70 kJ/mol，升高温度不但可加快AOB和AnAOB的生长速率，同时还能扩大NOB与AOB在生长速率上的差距。W. R. L. VAN DER STAR等〔41〕也表示，高于30 ℃的温度是反应器中AnAOB的最佳选择，并且相比于NOB，此温度对AOB生长繁殖更有利。

2.2 pH影响

pH主要是通过影响细菌活性和基质的有效利用性来对短程硝化-厌氧氨氧化过程产生影响。据报道，AnAOB生长和活性的最佳pH在6.7~8.3〔42〕，但由于厌氧菌膜的低渗透性和质子的有限扩散可以保护细菌免受酸性或碱性条件的侵害，保持细胞内pH梯度的相对稳定〔43〕，因此，在极端环境中（pH为3.88和8.91）仍能检测到活性AnAOB〔44〕。对于短程硝化来说，游离态的氨（NH3）和亚硝酸（HNO2）是短程硝化的实际基质与产物〔45〕。pH影响着以离子形式存在的NH4+/NO2-和以游离态存在的NH3/HNO2之间的平衡〔46〕。pH升高，NH3分配比增加，同时HNO2分配比减少，有利于富集AOB，抑制NOB〔47〕，从而保证短程硝化正常进行。但pH过高，会超出硝化细菌的耐受限度，此时AOB和NOB活性都较低甚至可能失活。有学者在研究pH对短程硝化反应的影响时发现，有利于AOB生长代谢，同时抑制NOB的最佳pH为7.8~8.5〔48〕。因此，一般均会调节短程硝化-厌氧氨氧化反应器内的pH为碱性（pH在8左右），此时AOB活性较高，NOB生长受到抑制，AnAOB因有充足底物反应速率较高，从而可使整个反应器稳定高效运行。刘旭东等〔49〕研究了pH对CANON工艺脱氮效率的影响，结果表明，当pH下降到6或升高至9时，CANON工艺会受到抑制，最适宜的pH为8.0。

2.3 DO影响

短程硝化-厌氧氨氧化工艺是在限制曝气条件下启动和运行的〔8〕。一方面是因为反应器内的溶解氧浓度是维持稳定的亚硝化比例、实现氨氮的部分亚硝化的关键因素。在短程硝化反应过程中，相比NOB，AOB在低氧条件下能较好地生长。另一方面是因为AnAOB是严格的厌氧菌，只有通过限制曝气，使AOB消耗掉几乎所有的溶解氧，才能保证AnAOB的活性不被影响〔8〕。有研究表明〔45〕，在低氧水平（空气饱和度0.25%~2%）下DO对AnAOB活性的抑制是可逆的，这是部分硝化和厌氧氨氧化能同步进行的理论基础。

控制反应器内DO是目前实现AOB和AnAOB稳定共存且协同脱氮的主要方式〔47〕。曝气过量会引起DO过高（DO > 0.5 mg/L），导致AnAOB失活，NOB的生长也不能被抑制，致使所有氨氮都转化为亚硝酸盐或硝酸盐。而当DO不足时，虽能抑制NOB，但AOB活性同样也被抑制，造成亚硝酸盐生成量少，从而影响以亚硝酸盐为底物的厌氧氨氧化〔8〕。当DO为0.5~0.7 mg/L时，此时AOB和AnAOB活性较高，NOB得到抑制，出水亚硝酸盐和硝酸盐浓度较低，氨氮转化率可达90%以上。有学者的研究表明〔20〕，在运行短程硝化-厌氧氨氧化反应器时，最佳DO是0.2 mg/L，此时反应器稳定性最高，总氮去除率可达到75.36%。

2.4 NOx影响

研究表明，NOx（NO或NO2）对许多微生物具有毒害作用，其毒性机理主要是它可与金属离子结合形成金属亚硝酰复合物，毁损细胞色素氧化酶活性〔50〕。AOB与AnAOB中含有NO氧化或还原酶，可使细胞内NO浓度保持在很低的水平，免遭NO毒害，而NOB不具备此能力。因此，在短程硝化-厌氧氨氧化过程中，可通过添加NOx抑制NOB活性，维持反应器稳定高效运行。

NOx是AOB与AnAOB反应过程中的中间产物，是进行氨氧化的主要调控信号，有调节细胞代谢的作用〔51〕。有实验证明，在硝化或厌氧氨氧化反应器内添加NOx可提高AOB与AnAOB的反应速率〔52〕。但较高的NO浓度会增加AnAOB对NO的消耗性能，这是因为AnAOB会通过具有一定NO还原能力的羟胺氧化还原酶或细胞色素c亚硝酸盐还原酶来实现NO的再生〔53〕，从而会使NO的消耗率随着NO浓度的增加而增加。有研究发现〔53〕，AnAOB对NO和NO2有较高的耐受性，当NO质量浓度高达600 mg/L和NO2质量浓度高达100 mg/L时，Brocadia anammoxidans能够正常转化（解毒）NO，其厌氧氨氧化活性不会受到抑制。

3 短程硝化-厌氧氨氧化工艺污泥菌群的生化特性

短程硝化-厌氧氨氧化工艺参与氮循环的主要细菌是AOB、NOB和AnAOB 3个菌群，其中在绝对浓度和总质量方面，AOB是整个工艺微生物种群的主体〔54〕。AnAOB的生长动力学最低，并且AnAOB的氨氧化速率取决于AOB的亚硝酸盐产生速率，因此，只有在后期阶段才能观察到AnAOB的定向富集〔55〕。

3.1 好氧氨氧化菌

一般认为自养型氨氧化菌是硝化作用的主要菌群，根据《伯杰氏系统细菌学手册》（第2版），AOB被划分为3个属，分别为Nitrosomonas、Nitrosococcus、Nitrosospira。其中Nitrosomonas europaea和Nitroso- monas eutropha在废水脱氮氨氧化过程中起主要作用〔56〕。如图 2所示，它们以O2和N2O4（NO2的二聚体）为电子受体通过氨单加氧酶（AMO）将氨氮氧化为羟胺（NH2OH）和NO，同时消耗2e-和2H+。然后氨化还原酶（HAO）将羟胺氧化为亚硝酸盐，并产生4e-和5H+（有1个质子来自HNO2电离）。其中产生的2e-用于下一轮的氨氧化，另外2e-会通过膜内cyt aa3氧化酶由氧原子接收形成水〔57〕，此时会向膜外排出2个H+，从而形成跨膜质子梯度，产生质子运动势，驱动氧化磷酸化合成ATP。

图2

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图2   AOB氧化氨的分子机制〔57〕

Fig.2   Molecular mechanism of AOB ammonia oxide〔57〕


N2O4是整个反应过程的中间产物，在有氧条件下，可实现NOx循环，如式（3）和式（4）。在AMO作用下，N2O4被转化为羟胺和NO，进而羟胺被氧化为亚硝酸盐，同时NO被氧化为NO2〔58〕。因此，在反应过程中添加适量NO或NO2，可加速氮循环，促进氨氧化反应。另外，NOx还可以刺激和控制AOB的反硝化活性〔4〕。I. SCHMIDT等〔57〕在不同氧气浓度下探究了NOx对AOB代谢的影响，结果表明，在富氧条件下，补充NOx可诱导AOB同时具备硝化和反硝化特性，而在缺氧（氧质量浓度低于0.8 mg/L）条件下，AOB则会出现一种依赖于NO2的厌氧氨氧化活性。这是由于在没有氧的情况下，AOB可正常将NO2或N2O4转化为羟胺和NO，之后羟胺被继续转化为亚硝酸盐，但NO不能被进一步转化为NO2。因此，补充NO2是AOB可以进行厌氧氨氧化反应的关键。但这种以NO2为电子受体的厌氧氨氧化速率大约只有好氧氨氧化的1/10〔57〕。

(3)

(4)

3.2 厌氧氨氧化菌

厌氧氨氧化菌（AnAOB）主要包括Candidatus Brocadia、Candidatus Kuenenia、Candidatus Anammoxo- globus、Candidatus Jettenia、Candidatus Scalindua属，属于浮霉菌门〔8〕。区别于其他浮霉菌的出芽生殖，AnAOB以二分裂方式进行增殖〔59〕。它们可以在缺氧环境中，将NH4+用NO2-氧化为氮气。其中，位于细胞内膜上的厌氧氨氧化体（anammoxozome）是AnAOB进行氨厌氧氧化的主要场所（肼在此合成），其膜脂具有特殊的梯形烷脂质（ladderane lipid）结构，对物质扩散具有很好的屏障作用，可阻止肼外泄以避免毒害细胞〔60〕。而梯烷很难合成，Anammox工艺是唯一已知的天然来源〔56〕。

AnAOB生长率低，倍增时间长，对生长环境要求苛刻。并且在培养富集过程中，反应器类型、接种污泥、生物量的增长方式以及有机物含量等都会影响微生物群落优势菌属的组成结构〔61〕。例如Peng WU等〔62〕在低温（13 ℃）下通过接种絮凝硝化污泥、絮凝反硝化污泥和厌氧颗粒污泥成功启动了冷厌氧氨氧化工艺，并得到不同的优势菌种，分别为Ca. Bro- cadia caroliniensis、Ca. Brocadia sinica和Ca. Jettenia asiatica，这3种菌都取得了良好的脱氮效果。然而，不同优势菌所对应的最适生长条件不同（如最适pH、温度的不同），这可能就是各实验室在研究AnAOB时会得到各种最适培养条件的原因之一。

通常生物反应涉及各种中间产物的形成，从而使其具体反应十分复杂，因此，要研究AnAOB的代谢途径，关键是确定反应过程所涉及的中间产物。A. MULDER等〔63〕（1995）提出了厌氧氨氧化反应代谢模型（见图 3），首先NO2-在亚硝酸盐还原酶（nitrite reductase，Nir）作用下还原为NO，然后联氨合成酶（hydrazine synthase，HZS）催化NO和NH4+缩合生成N2H4，最终N2H4在联氨脱氢酶（hydrazine dehydrogenase，HDH）作用下转化为氮气〔64〕。反应过程中，AnAOB理论上是将质量比为1∶1的氨氮和亚硝酸盐氮转化为N2，并由乙酰辅酶A途径实现碳的固定（碳酸氢盐是合成细胞的唯一碳源），从中获得生长所需的能量〔61〕。普遍认为AnAOB是通过化学渗透机制转化氨氮和亚硝酸盐来产生能量，肼氧化产生的4个电子通过泛醌（辅酶Q）转移到细胞色素bc1络合物（复合物Ⅲ）上。bc1络合物使电子转向亚硝酸盐还原（1个电子）和肼合成（3个电子）〔65〕。与此同时，膜系统在此过程中所释放的能量可将质子通过膜系统转运，产生质子动力，从而在膜两侧形成质子电化学梯度，使核糖细胞质侧驱动ADP与Pi合成ATP〔8〕。

图3

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图3   AnAOB反应代谢模型

Fig.3   AnAOB reaction metabolism model


3.3 氨氧化菌、亚硝酸盐氧化菌与厌氧氨氧化菌的竞争与合作

对于AOB与AnAOB，氨是它们共同的基质，都可进行氨氧化。一般是由AOB先将部分氨氮氧化，剩余氨氮由AnAOB去除，从而实现高效自养脱氮。但AnAOB的氨氧化速率取决于AOB的NO2-产生速率。当AOB与AnAOB混合培养并进水中只含氨氮时，AnAOB所需要的基质（NO2-）是由AOB产生的〔66〕，因此要想得到较高的氨氮去除率，就必须保证AOB产生的NO2-可满足AnAOB的消耗量。

据报道，实际上NOB和AnAOB在进化上是相关的，它们共享硝酸盐氧化还原酶（NXR）和其他与能量生成（碳固定途径）相关的关键蛋白，但NOB的出现会与AnAOB产生基质（NO2-）竞争，并累积硝酸盐，导致反应器性能下降〔32〕。因此，就微生物方面而言，抑制NOB同样是短程硝化-厌氧氨氧化工艺正常启动与应用的关键点。

4 结语

短程硝化-厌氧氨氧化工艺是一种新型的自养脱氮技术，其基本原理是短程硝化反应产物可为厌氧氨氧化反应提供反应基质（亚硝酸盐氮），后续Anammox阶段以亚硝酸盐中的氮为电子受体，与剩余氨氮反应将其转化为氮气，从而实现自养脱氮〔66〕。与传统的硝化-反硝化脱氮技术相比，短程硝化-厌氧氨氧化工艺可节约曝气消耗，无需投加额外碳源，污泥产量少，具有低能耗、高效率、低成本等优点。但目前此工艺大多还处在实验室研究阶段，在工程应用上仍然有许多问题尚未解决。

（1）要实现AOB和AnAOB共存并稳定协同除氮，需要严格控制反应器内的操作条件。因此，为确保反应工艺的稳定性，可在反应器内建立自动控制系统，通过在线反馈（如NO2-传感器）精确地对水质水况变化进行实时监控，从而实现高效稳定脱氮。

（2）文献中所报道的短程硝化-厌氧氨氧化工艺在不同技术、不同类型废水、不同操作条件下多已实现成功运行，取得了很高的脱氮效率。但是，迄今为止，尚未有明确地可保证反应过程稳定的全面性的各种操作条件〔67〕。

（3）在微生物方面，理论上短程硝化-厌氧氨氧化过程中11%的TN可能以NO3--N的形式保留〔34〕，而NO3-通常通过反硝化（或短程反硝化）进行脱氮，其主要菌种都是异养菌。因此在实际应用过程中，应考虑异养菌与自养菌之间的平衡问题，需要对碳源、不同生物类型的SRT等进行精确设计与控制。

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