在對HRAS工藝機理認識不斷深入的同時，一些衍生工藝也得到了發(fā)展，并展現(xiàn)出更好的發(fā)展勢頭，其中之一便是高負荷接觸穩(wěn)定工藝(見圖5)。傳統(tǒng)接觸穩(wěn)定工藝是1922年Coombs在英國開創(chuàng)，一般SRT>3 d，通常目的是為了減少反應池的池容。HiCS工藝的SRT一般為0.2～3 d，是HRAS和接觸穩(wěn)定工藝的相互結合，生物吸附能力更強，所需的池容更小，污水的碳轉向效率更高。

HiCS工藝包括穩(wěn)定池和接觸池，進水直接進入接觸池，保持在厭氧或較低的DO環(huán)境，回流污泥進入穩(wěn)定池進行曝氣。接觸池去除進水有機物的主要機理是微生物在飽食狀態(tài)下的吸附與胞內貯存，而在穩(wěn)定池中微生物處于饑餓階段，大量吸附回流污泥中的顆粒態(tài)、膠體態(tài)物質。在HiCS工藝中，接觸池與穩(wěn)定池之間會形成一定的基質梯度，迫使微生物經歷“飽食-饑餓”的環(huán)境，產生一種令微生物傾向于吸附與貯存基質的選擇壓，起到類似活性污泥工藝中選擇器的作用。

在HiCS工藝中，當接觸池的泥齡為0.3 d，好氧的條件下會產生較為明顯的EPS，EPS的產生會提高生物絮凝性能，這對于實現(xiàn)能量的最大化回收以及保持良好的污泥沉降性能非常關鍵。在某種程度上這與好氧顆粒污泥形成的條件之一“飽食-饑餓”有著類似之處。

HiCS工藝的發(fā)展為實現(xiàn)污水處理的能量自給開辟了一條值得借鑒的方法，污水中蘊含著客觀的能量，有的研究結果顯示污水中所蘊含的化學能是處理所需能耗的1.2～6倍，但目前絕大多數(shù)處理工藝是分解COD，而非回收COD。研究結果顯示，HiCS工藝較傳統(tǒng)活性污泥工藝能量回收高1倍。通常，傳統(tǒng)活性污泥工藝的能耗是27 kWh·PE(PE為人口當量)，HiCS的能量回收可以達到28 kWh·PE，非常有利于實現(xiàn)污水處理的能源自給。HiCS工藝在未來進一步發(fā)展的方向仍然是需要更深入了解吸附、貯存、生長及氧化的機理，并在工程尺度的規(guī)模上優(yōu)化設計與運行。

主流短程脫氮技術

主流短程脫氮技術包括短程硝化反硝化(Nitrite shunt)、厭氧氨氧化、厭氧甲烷氧化(DAMO)。目前，厭氧甲烷氧化仍處于基礎研究階段，可能在未來相當長一段時間還難以走向實際工程應用，短程反硝化和厭氧氨氧化的蓬勃的發(fā)展勢頭令人關注。

現(xiàn)狀

從工程角度而言，推動短程硝化反硝化及主流厭氧氨氧化發(fā)展的動力主要來自于減少或摒棄外加碳源的需求、降低曝氣能耗以及追求更小的反應池容。

不同的水質特征會影響到主流短程脫氮技術的選擇，如果進水碳氮比較高(C/N=6～10)時適合傳統(tǒng)硝化反硝化，當碳氮比處于中等水平(C/N=3)適宜短程硝化反硝化，當碳氮比較低時(C/N<1)時適合主流厭氧氨氧化。由于主流厭氧氨氧化的前景巨大，同時短程硝化是厭氧氨氧化的一個必要前提，因此主流厭氧氨氧化成為脫氮技術發(fā)展的焦點。

目前，國際上主流厭氧氨氧化的技術發(fā)展路線大致有四類：顆粒污泥、絮體+顆粒污泥、生物膜/IFAS以及懸浮+生物膜的形式形式，如圖6所示。

上述四種技術路線各有特點，在保持Anammox菌方面，顆粒污泥、生物膜/IFAS及懸浮+生物膜的方式比較類似，Anammox菌生長在顆粒內或附著于填料上;絮體+顆粒污泥的技術路線是利用旋流器或篩網分離Anammox菌;在抑制NOB方面，主要的控制方式有出水殘留氨氮濃度、SRT控制、DO控制、瞬時缺氧等。不同的技術路線所采用的NOB抑制措施也不完全相同，顆粒污泥路線的方式是控制曝氣的體積、出水殘留氨氮、HRT控制絮體的泥齡;生物膜/IFAS技術路線的方式保持較低的DO、生物膜厚度的控制以及出水殘留的氨氮濃度;絮體+顆粒污泥與懸浮+生物膜的技術路線是保持較高的DO、出水殘留氨氮濃度、瞬時缺氧、主動SRT等。

從實踐層面來看，各種不同技術流派已經或正在中試及工程尺度規(guī)模推進主流厭氧氨氧化的實踐。目前，主流DEMON工藝在德國、奧地利、荷蘭、美國、丹麥的污水處理廠正在探索，主流Anita-Mox在巴黎的中試試驗結果表明，在最低水溫為15 ℃時，出水TN可以穩(wěn)定低于15 mg/L。新加坡樟宜再生水廠的研究結果也表明，Anammox菌對該廠的主流脫氮貢獻達到了31%。這些不同層面的實踐正一步步推動主流厭氧氨氧化技術向前發(fā)展。

目前的挑戰(zhàn)與現(xiàn)實意義

雖然世界各地的污水處理實踐不斷地推動和深化主流厭氧氨氧化的認識，但目前的挑戰(zhàn)依然巨大，這些挑戰(zhàn)從宏觀層面看主要是水溫較低與基質濃度較低造成的不利影響，從微觀層面來看實際上是如何控制不同微生物的高度共生。

在主流厭氧氨氧化工藝中，主要有Anammox菌、AOB、NOB、普通異養(yǎng)菌(OHO)，這些微生物共存于一個系統(tǒng)中，對不同的基質形成了非常復雜的競爭關系，主要有AOB與NOB對氧的競爭(DO的控制水平、曝氣的時間)、NOB與Anammox菌對亞硝酸鹽氮的競爭(不同的亞硝酸鹽氮半飽和濃度及不同的溫度敏感性)以及異養(yǎng)菌與NOB對亞硝酸鹽氮的競爭，如圖7所示，如何控制這些微生物處于合理的水平無論是對于微生物的認知還是控制手段的優(yōu)化都是巨大的挑戰(zhàn)。

在這些復雜的競爭關系中，如何抑制NOB成為這一技術發(fā)展的關鍵所在，從目前的認識來看，NOB遠比我們之前的認識復雜，抑制的難度也較大。在側流工藝中，NOB主要是Nitrobacter，對NO-2-N有較低的親和力。而在主流工藝中，NOB主要是Nitrospira，對NO-2-N有較高的親和力，如表1所示。

Anammox菌對NO2-N的半飽和常數(shù)約0.6 mg NO-2-N，這樣在與Nitrospira對NO-2-N的競爭中就會處于劣勢，最終無法實現(xiàn)短程脫氮。因此，雖然目前的各種手段有助于抑制NOB，但在工程規(guī)模的負荷變化中，仍然難以有效地解決這一問題。

盡管主流厭氧氨氧化沒有完全成熟，但由于這一技術的巨大吸引力促使世界各地的污水處理廠不斷探索實踐，同時主流厭氧氨氧化的一些技術措施對傳統(tǒng)工藝也是有利，比如側流向主流工藝的生物強化會提高主流工藝的污泥沉降性能、間歇曝氣有助于降低傳統(tǒng)工藝的出水TN等。

編輯：徐冰冰