反应是在缺氧条件下由厌氧氨氧化菌利用亚硝酸盐为电子受体，将氨氮转化为氮气的生物反应过程。与传统的硝化反硝化过程相比，厌氧氨氧化工艺无需外源有机物，供氧能耗、污泥产生量和 CO2 排放量大为减少，降低了运行费用，并具有可持续发展意义。本文对厌氧氨氧化的工艺原理、工艺形式、影响因素和应用情况进行总结与讨论。

1 工艺原理
BRODA 根据热力学计算，在 20 世纪 70 年代提出了厌氧氨氧化的存在，认为它是自然氮循环中的一个缺失的部分。MULDER 和 VAN DE GRAAF在 20 世纪 90 年代中期先对此进行了实验证明，此后人们对该过程产生了极大的兴趣。厌氧氨氧化的反应方程式为：
该反应合成细胞生物量的碳源是碳酸氢盐，表明这些细菌为化学自养细菌。亚硝酸盐氧化为硝酸盐的过程中产生的还原当量（能源）用于碳的固定[1]。厌氧氨氧化细菌对底物有很高的亲和力，可以将氨氮和亚硝酸盐的含量降至较低的水平。
上述反应式中的 NO - 来自于亚硝化反应。传统硝化反应包括 2 个基本过程：氨氧化菌 （AOB）将
NH + 氧化为 NO -；亚硝酸盐氧化菌（NOB）将 NO -氧化为 NO -。亚硝化反应是通过调控，富集 AOB，抑制或淘洗 NOB，将硝化反应控制在第 1 步，保持NO - 的累积率并使出水 ρ(NO --N)/ρ(NH +-N)=1～1.3。

2 工艺形式
厌氧氨氧化的工艺形式可以分为两段式和一体式。两段式系统的亚硝化和厌氧氨氧化过程分别在
一体式工艺占地小，反应器结构简单，由于短程硝化和厌氧氨氧化反应在同一反应器中进行，基质含量较低，因此出现游离氨（FA）、游离亚硝酸（FNA）毒害抑制的可能性稍低一些。但是一体化工艺生物组成更复杂，NOB 在系统中不容易淘汰或抑制，工艺对 pH、水温更为敏感，系统的控制难度更大，出现问题后要很长时间才能恢复。
两段式工艺亚硝化和厌氧氨氧化反应容易实现优化控制，亚硝化反应器中的异养微生物能够降解污水中的有机物及其他有毒有害物质，降低对厌氧氨氧化反应的不利影响，因此系统运行崩溃后容易
恢复。但是亚硝化段中亚硝酸盐累积易产生 FNA 抑制，且由于要将亚硝化速率和厌氧氨氧化速率进行匹配，所以系统的设计较为复杂。
生物硝化反应在 5～40 ℃均可进行，但 15 ℃为分界点。温度高于 15 ℃时，AOB 的生长速度高于NOB，AOB 的小泥龄小于 NOB 的小泥龄，并且随着温度的升高，二者的差值将增加，所以高温有利于 AOB 的生长。在 25 ℃以上控制泥龄，可以有效地选择NOB。目前的工程实例通常将亚硝化过程的温度控制在 30～35 ℃。
多数研究认为，AAOB 的理想温度条件为 30～ 40 ℃，但是自然条件下在温度较低时也可以进行稳定的厌氧氨氧化反应，RYSGAARD 等指出在-1.3 ℃时，北极海底沉积物中的 AAOB 菌仍具有活性[2]。低温条件下反应器中的 AAOB 菌的活性一直受到关注，一些研究结果表明，在亚硝化 - 厌氧氨氧化工艺系统中，温度降到 20 ℃以下后都测定发现了 AAOB菌的活性，有些研究显示，在 10 ℃甚至更低温度都有可能存在稳定的厌氧氨氧化反应[3-4]。但是也有研究指出，当温度降低到 15 ℃时，生物膜反应器内开始积累 NO -，表明 AAOB 菌的活性受到了抑制[5]。
基质中的FNA 对AOB 和NOB 均有抑制，而离子态亚硝酸盐 NO - 的影响较小。FNA 对 AOB 和NOB 的抑制质量浓度为 0.01～1 mg/L，哪种细菌对FNA 具有更高的耐受性，目前的研究结果仍相互矛盾[8-9]。NO - 对 AAOB 的影响较大，当 NO - 的质量浓度高于 100 mg/L 时，AAOB 活性被*抑制[6]。
pH 一方面影响了 AOB、NOB、AAOB 等微生物的生长活性，另一方面影响了 NH + 和 FA 以及 NO和 FNA 之间的化学平衡。一般而言，在中性偏碱性条件下，AOB 和AAOB 才能表现出相对较高的生长活性。AOB 适宜生长的 pH 是 7.0～8.6，AAOB 适宜生长的pH 为 6.5～8.8[10]。pH 较高时，化学平衡向生成 FA 方向进行；pH 较低时，化学平衡向生成 FNA方向进行。当 pH 分别大于 8.0 和低于 6.0 时，FA 和FNA 在体系内所占比例迅速增大。经计算，35 ℃水溶液中总 NO --N 的质量浓度为 500 mg/L、pH 为 7时，FNA 的质量浓度只有 0.1 mg/L。所以当 pH 大于7 时，FNA 对 AOB 和 NOB 的抑制作用较为有限。
3.3    DO 含量
AAOB 为严格厌氧菌，STROUS 等指出，在 DO含量为 0.5%～2.0%空气饱和度时，AAOB 活性被*抑制[6]。但该抑制是可逆的，DO 消除后，AAOB 的活性可以恢复。AOB 和 NOB 都是严格好氧菌，当
AAOB 和AOB 共存在系统中时，AOB 消耗了DO，所以即使 DO 的质量浓度在高于 0.2 mg/L 的条件下，
AAOB 也可以保持正常活性，这使得亚硝化结合厌氧氨氧化工艺的一段式系统成为可能。实际工艺中还利用颗粒污泥和填料富集微生物，形成 DO 内外不同的微环境，为 AAOB 和 AOB 在系统中共生创造条件。
好氧菌 AOB 和 NOB 对 DO 有竞争作用，二者的 DO 半饱和系数分别为 0.74～0.99 mg/L 和 1.4～1.75 mg/L，所以 AOB 具有更好的氧亲和力。在实际工艺中，通常将 DO 含量控制在较低的水平，可以使AOB 优先获得有限的氧，抑制 NOB 的活性。文献中报道的抑制 NOB，维持 AOB 活性的临界 DO 含量各不相同。RUIZ 等指出，临界 DO 的质量浓度宜控制在 1.7 mg/L 以下[11]；而 HANAKI 等认为，在 25 ℃时将 DO 的质量浓度降至 0.5 mg/L，AOB 没有受到明显影响，而 NOB 活性下降[12]。除了直接控制 DO含量，也可以利用生物膜和颗粒污泥内存在传质阻力，间接限制 DO 含量，抑制 NOB。
3.4 有机物
可生物降解有机物不直接影响 AAOB，但能诱导反应器内普通异养菌（OHO）的生长。由于 AAOB的生长速率比 OHO 低得多，当存在过量的有机碳时，异养细菌将占据反应器的主导地位，因而限制了AAOB 生长的空间和底物。通常，在一体式厌氧氨氧化工艺中，进水可降解 COD 和总 NH +-N 的质量浓度比需要低于 0.5。另一方面，如果进水中含有一定含量的可降解有机物，那么出水中的硝酸盐可以被去除，所以 TN 去除率是提高的。
VEUILLET 等发现，当进水中慢速降解 COD:ρ (NH +-N) 低于 0.5 时，出水 ρ (NO --N)/ρ (NH +-N) 约4%；当 COD:ρ(NH +-N)在 1:1～1.5:1 时，出水 ρ(NO --N)/ρ(NH +-N)约 1%[13]。一些研究指出，当进水中含有醋酸盐、甲醇等其他有机物时，COD:ρ(TN)达到 2 左右时，AAOB 菌的活性受到抑制[14]。LACKNER 对 14 个生产性反应器测试后指出，进水 COD:ρ(TN)从 1 提高至 1.5 后，生物膜系统对 TN 的去除率没有降低[15]。