厭氧氨氧化（ANAMMOX）生物膜技術(shù)因其低能耗、無需碳源等優(yōu)勢，在高氨氮廢水處理領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。然而，溫度作為影響微生物活性的關(guān)鍵環(huán)境因素，直接決定了ANAMMOX工藝的穩(wěn)定性和脫氮效能。本文從微生物代謝機(jī)制出發(fā)，探討溫度變化對ANAMMOX生物膜技術(shù)的影響規(guī)律及應(yīng)對策略。

溫度與ANAMMOX生物膜脫氮效率的關(guān)系

ANAMMOX菌（如Candidatus Kuenenia）是一類嗜溫性自養(yǎng)菌，其最適生長溫度為30~35℃。研究表明，溫度通過以下途徑影響脫氮效率：

代謝活性變化：在適宜溫度范圍內(nèi)，ANAMMOX菌的比生長速率（μmax）與溫度呈正相關(guān)。當(dāng)溫度從30℃降至20℃時(shí)，其氨氮去除速率（SAA）下降約50%，主要因酶活性降低導(dǎo)致底物利用效率下降。

生物膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性：低溫條件下，生物膜內(nèi)EPS（胞外聚合物）分泌減少，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)松散，易受水力沖刷脫落。實(shí)驗(yàn)顯示，15℃時(shí)生物膜EPS含量僅為30℃時(shí)的60%，直接影響菌群附著能力。

功能菌群比例失衡：溫度波動可能改變ANAMMOX菌與異養(yǎng)反硝化菌的競爭關(guān)系。當(dāng)溫度低于25℃時(shí)，異養(yǎng)菌活性增強(qiáng)，可能搶占底物，導(dǎo)致ANAMMOX菌豐度下降。

低溫環(huán)境下的工藝挑戰(zhàn)與應(yīng)對措施

盡管ANAMMOX菌在30℃以上表現(xiàn)最佳，但實(shí)際工程中常面臨低溫進(jìn)水（如冬季15~20℃）的挑戰(zhàn)。針對此問題，可采取以下優(yōu)化策略：

生物膜強(qiáng)化技術(shù)：

接種耐冷菌株：篩選適應(yīng)低溫的ANAMMOX菌種（如Candidatus Brocadia），其半數(shù)抑制溫度（Tih）可低至10℃。

EPS定向調(diào)控：投加微量Fe3?（1~5mg/L）刺激生物膜分泌更多黏性EPS，提升低溫下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

反應(yīng)器設(shè)計(jì)優(yōu)化：

分級控溫系統(tǒng)：在生物膜反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置局部加熱區(qū)（如30℃），通過熱梯度引導(dǎo)ANAMMOX菌向高溫區(qū)富集，維持核心脫氮功能。

延長水力停留時(shí)間（HRT）：低溫下適當(dāng)延長HRT（如從6h增至12h），補(bǔ)償微生物代謝速率下降的影響。

耦合工藝開發(fā)：

SHARON-ANAMMOX組合：通過短程硝化（SHARON）預(yù)處理將部分氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，降低ANAMMOX菌的底物競爭壓力，提升低溫下的總氮去除率。

高溫環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)與控制

當(dāng)溫度超過40℃時(shí)，ANAMMOX菌的活性顯著抑制，表現(xiàn)為：

酶變性失活：高溫破壞菌體內(nèi)關(guān)鍵酶（如肼氧化酶HZO）的空間結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致氨氮去除率驟降。

生物膜解體：高溫加速生物膜內(nèi)水分蒸發(fā)，EPS脫水后失去粘結(jié)力，引發(fā)大面積脫落。

對此，需通過冷卻系統(tǒng)（如板式換熱器）將進(jìn)水溫度控制在35℃以下，并在反應(yīng)器頂部增設(shè)遮陽設(shè)施以減少熱積累。

未來研究方向

耐極端溫度菌株選育：通過基因編輯技術(shù)強(qiáng)化ANAMMOX菌的熱休克蛋白（HSP）表達(dá)，提升其耐溫范圍。

智能溫控系統(tǒng)集成：結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度變化，動態(tài)調(diào)節(jié)加熱/冷卻功率，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控溫。

多能互補(bǔ)供能模式：利用工業(yè)余熱或太陽能為反應(yīng)器供熱，降低能耗成本。

結(jié)語

溫度是ANAMMOX生物膜技術(shù)高效運(yùn)行的核心參數(shù)。通過工藝優(yōu)化與技術(shù)創(chuàng)新，可在寬溫域范圍內(nèi)維持穩(wěn)定的脫氮性能，為高氨氮廢水的低碳處理提供可靠解決方案。未來需進(jìn)一步探索微生物-材料-環(huán)境的協(xié)同機(jī)制，推動該技術(shù)在全球范圍內(nèi)的規(guī)?；瘧?yīng)用。