厌氧氨氧化：污水脱氮，为何难以驾驭？

在污水处理领域，厌氧氨氧化（Anammox）被视为一项革命性技术。与传统硝化-反硝化工艺相比，它能够节省约60%的曝气能耗，并且不需要外加有机碳源。对于追求碳中和运营的现代污水厂而言，是一项优秀的技术。

然而，技术往往最难驾驭。厌氧氨氧化菌（Anammox bacteria）是自养菌，世代时间长，倍增时间长达11天。它们对生存环境极为敏感：溶解氧必须维持在极低水平，否则会被氧气抑制；亚硝酸盐浓度需要精准控制，过高会产生毒性；pH值和温度的微小波动，都可能打破AOB（氨氧化细菌）与Anammox菌之间的微妙平衡。

这意味着，厌氧氨氧化的工艺控制远比传统脱氮工艺复杂。它需要的不是“大约"的监测数据，而是实时、精准、可靠的多参数协同控制。任何一个环节的传感器出现偏差，都可能导致整个系统崩溃。

丹麦Ejby Mølle污水厂用近十年的稳定运行证明了一件事：厌氧氨氧化不仅能自动运行，还能在无人干预的条件下连续运行。 而这背后的关键，是一套“多参数联动"的智能控制体系。

一座114岁污水厂的“科技心脏"

Ejby Mølle污水厂位于丹麦欧登塞，已有114年历史，服务人口约13万，处理能力达41万人口当量。这座老厂一直在持续升级，从污泥热水解到N₂O温室气体监测，始终走在技术前沿。而它最引以为傲的，是2014年投运的两座DEMON®侧流厌氧氨氧化反应器。

这两座反应器各320立方米，设计负荷接近400 kg-N/天，并联运行。反应器采用连续搅拌槽设计，内置水力旋流器用于分离并保留颗粒状厌氧氨氧化污泥，使生长缓慢的Anammox菌能够在反应器中维持足够的停留时间。

DEMON®工艺的核心控制策略是基于pH值的间歇曝气控制。通过控制曝气周期，使AOB菌和Anammox菌在同一反应器内交替工作：曝气阶段，AOB菌将氨氧化为亚硝酸盐；停止曝气后，Anammox菌将剩余的氨和亚硝酸盐转化为氮气。这一过程依赖传感器数据的实时反馈，任何参数偏离都可能导致亚硝酸盐积累、NOB菌激活或Anammox菌活性下降。

为了驯服这头“节能猛兽"，Ejby Mølle污水厂选择了赛莱默旗下WTW品牌的IQ SensorNet一体化监测系统。

多参数联动：让厌氧氨氧化“看得见、控得住"

DEMON工艺的自动化控制，核心在于对溶解氧、pH、ORP、氨氮、硝氮、亚硝氮等关键参数的实时监测与联动分析。

全球范围内，大规模DEMON® SBR反应器的典型运行参数为：溶解氧维持在0.2-0.3 mg/L的极低水平，曝气周期为8-12分钟开启、2-20分钟关闭。在这一极窄的控制窗口内，溶解氧传感器必须能够准确测量低至0.1 mg/L的变化，否则AOB菌会过度产亚硝酸盐，Anammox菌则可能被氧气抑制。

在Ejby Mølle污水厂，WTW的VARiON® Plus 700 IQ氨氮/硝氮二合一传感器承担了关键的角色。这款传感器采用离子选择性电极（ISE）原理，将参比电极、氨氮工作电极、硝氮工作电极和补偿电极集成于一体，用一支传感器即可同时测量氨氮和硝氮两个参数。它内置了钾离子和氯离子的自动补偿功能，能够有效排除污水中干扰离子的影响，确保数据的准确性和长期稳定性。

更重要的是，VARiON® Plus 700 IQ的电极带有金属网保护，可用软刷直接清洗，典型使用寿命长达18个月。这意味着在连续运行的厌氧氨氧化系统中，传感器能够保持长期稳定，不会因为频繁的校准和维护而打断工艺控制。

除了氨氮和硝氮传感器，Ejby Mølle污水厂的DEMON反应器还部署了溶解氧、pH和ORP传感器，形成完整的多参数监测网络。ORP（氧化还原电位）在厌氧氨氧化过程中被视为一个比pH更稳定的控制参数，能够综合反映反应器内的氧化还原状态。当ORP偏离设定范围时，控制系统会自动调整曝气策略，确保反应器始终运行在Anammox菌最适宜的微氧环境中。

从“传感器数据"到“自动决策"

在Ejby Mølle污水厂，所有这些传感器数据汇聚到IQ SensorNet系统，由控制器自动运算并输出控制指令。DEMON®工艺的自动化控制逻辑可以概括为“监测-判断-调节"的闭环：

第一步：实时监测。氨氮、硝氮、溶解氧、pH、ORP传感器每时每刻向控制器发送数据。

第二步：状态判断。控制器根据预设的工艺模型，判断反应器当前处于AOB氧化阶段还是Anammox转化阶段，并计算下一周期的曝气时间和强度。

第三步：自动调节。根据判断结果，控制器自动调整鼓风机和阀门的运行状态，确保溶解氧始终维持在0.2-0.3 mg/L的目标范围内。

这一闭环无需人工干预。Ejby Mølle污水厂的两座DEMON反应器自2014年投运以来，已实现自动化运行。处理效果如何？数据显示，通过DEMON工艺，污水厂每年节省约40万千瓦时的电力消耗，减少20-30吨的氮排放。反应器产生的剩余污泥回流到主流生物处理系统后，未对主流脱氮产生负面影响，反而通过DNA测序证实，DEMON工艺中的Anammox菌并未在主流中生长，主流系统的稳定性得到了保障。

更令人印象深刻的是，Ejby Mølle污水厂通过沼气发电，电力自给率超过100%——不仅覆盖了自身全部用电需求，还能将多余的电力出售给区域供热系统。厌氧氨氧化工艺节省的曝气能耗，加上沼气发电的收益，让这座老厂从“耗能大户"转型为“能源工厂"。

全自动运行的“安全冗余"

厌氧氨氧化工艺的自动化控制，容错空间极小。任何一支传感器的数据失真，都可能导致工艺失控。因此，赛莱默的解决方案在系统设计层面提供了多重冗余。

IQ SensorNet系统支持多传感器交叉验证。例如，当氨氮传感器的读数出现异常波动时，系统会同时参考ORP和pH数据，判断是真实的工艺变化还是传感器故障。这种多参数协同验证的机制，有效避免了单一传感器误报导致的错误决策。

此外，IQ SensorNet的模块化架构支持在线热插拔。如果某支传感器需要校准或更换，只需在系统中替换传感器，校准数据存储在传感器本体中，无需重新配置控制器。对于连续运行的DEMON反应器而言，这意味着维护操作不会中断工艺控制。

WTW的VARiON® Plus 700 IQ传感器还具备电极老化自动检测功能，通过特征曲线的偏移度显示电极老化程度，提醒运营人员在合适的时间进行校准或更换，避免因传感器性能下降而影响工艺稳定性。

让厌氧氨氧化从“实验室技术"走向“工厂标配"

厌氧氨氧化技术在过去二十年中从实验室走向了工程应用，但真正实现全自动稳定运行的案例并不多见。Ejby Mølle污水厂的成功实践表明，精准的传感器技术和智能化的控制系统，是厌氧氨氧化工艺从“可行"走向“可靠"的关键。

对于正在考虑厌氧氨氧化技术的水务运营者而言，Ejby Mølle的经验提供了三个可借鉴的要点：

第一，传感器是自动化的基石。没有可靠的氨氮、硝氮、溶解氧、pH和ORP数据，任何控制算法都无从谈起。选择经过长期验证的传感器品牌和型号，是确保工艺稳定的第一步。

第二，多参数联动是控制的灵魂。DEMON工艺的运行状态不能仅凭单一参数判断，必须综合溶解氧、pH、ORP和氮素数据，才能准确识别反应器所处的工艺阶段，做出正确的控制决策。

第三，全自动运行是可行的。厌氧氨氧化工艺的复杂性并不意味着必须依赖人工干预。当传感器足够精准、控制系统足够智能时，厌氧氨氧化可以实现像传统脱氮工艺一样的自动化运行。

从欧登塞到全球，越来越多的污水厂正在部署厌氧氨氧化工艺。赛莱默的IQ SensorNet系统和WTW传感器，提供从感知到决策的完整能力。让厌氧氨氧化从“实验室技术"走向“工厂标配"，赛莱默与您同行。

厦门仪迈环保科技有限公司作为WTW、YSI、安德拉AANDERAA、SonTek的一级代理商，可提供从便携式到在线式仪器的全系列选型建议与技术支持，具体参数及货期可致电咨询。