1、厌氧氨氧化污水脱氮技术工艺类型
从厌氧氨氧化反应机理和化学方程式可以看出，系统中必须同时含NH4+和 NO2-才能实现氮素去除，而一般污水主要含 NH4+，没有 NO2-。因此，在厌氧氨氧化反应前需要设置一好氧亚硝化工序，将进水中部分 NH4+氧化为NO2-。亚硝化和厌氧氨氧化可以在两个不同的反应器中分别进行，也可以在单一反应器中同时进行，据此将厌氧氨氧化工艺分为两段式与一段式。
1.1 两段式厌氧氨氧化工艺
亚硝化主要以氨氧化菌（AOB）为主导， 严格好氧，最适水温和 pH 值分别为 30～40 ℃，和 6.6～7.0，而厌氧氨氧化菌属严格厌氧，生长缓慢，倍增时间长（约11天），最适生长温度和 pH分别为 30～40℃和 8.0。可见亚硝化和厌氧氨氧化细菌的生理特征和生长环境存在一定程度的差异，将其分设在不同反应器中，可以充分发挥各自的功能。
SHARON-ANAMMOX工艺是典型的两段式厌氧氨氧化工艺。为使SHARON-ANAMMOX工艺具有良好的氮素去除效果，SHARON段的出水需满足 ANAMMOX 反应的要求，即 NO2-与 NH4+的比例在 1.32 左右。如何保证 SHARON反应器出水中 NO2-与 NH4+的比是近年来的热点。
1.2 一段式厌氧氨氧化工艺
该工艺是指在单个反应器内，通过控制溶解氧浓度来构建一个微好氧环境，亚硝化细菌将 NH4+部分氧化成 NO2-，消耗氧气创造厌氧氨氧化过程所需的厌氧环境，产生的 NO2-与剩余的 NH4+通过厌氧氨氧化反应去除。一段式厌氧氨氧化工艺主要有以下3种名称：完全自养脱氮工艺（CANON）、限制自养硝化反硝化工艺（OLAND）和好氧反氨化工艺（DEMON）。一段式厌氧氨氧化工艺需防止NO2-氧化菌（NOB）的繁殖，一般通过低氧连续曝气或间歇曝气两种方式抑制其活性。实际运行中，由于环境条件经常变化，采用调控曝气量来保障 AOB 和厌氧氨氧化菌的种群优势，同时抑制NOB生长的调控措施无法确保一段式厌氧氨氧化工艺的稳定运行，如何维持其长期的稳态运行仍是研究焦点，尤其在处理低NH4+城市污水的应用中。
2、厌氧氨氧化工艺工程应用现状
当前，厌氧氨氧化工艺已在工程实践中得到一定程度上的应用。世界上第一座厌氧氨氧化工程于2002年在荷兰鹿特丹 Dokhaven 污水处理厂建成，其采用两段式的SHARON-ANAMMOX工艺处理污泥消化液，其中 ANAMMOX 反应器有效容积高达70m3。虽然该工艺启动时问长达三年半之，但反应器启动完成后，容积负荷稳步提升，最高容积氮去除速率达到9.50 Kg N/m3/d，远远高于传统的生物脱氮工艺。在奥地利Strass污水处理厂建成的生产性厌氧氨氧化SBR反应器，其从小试（0.004~0.3 m3）、中试（2.4 m3）到生产性实验（500 m3）同样经历了三年左右的启动时间。此后， 随着anammox工艺在工程应用过程中的问题不断解决，其工程应用在世界上得到不断的推广。截止到 2014 年全世界已有 114 座厌氧氨氧化工程，其主要分布在欧洲。中国也有很多厌氧氨氧化的工程应用，但其主要由荷兰帕克公司（PAQUES）进行设计与运行。近年来，国内浙江大学郑平教授、北京市排水集团张树军高工及台湾交通大学林志高教授等领衔的研究团队，通过自主研发，也成功实现了厌氧氨氧化的工程化应用。
3、高 NH4+废水厌氧氨氧化工艺有待解决的问题
由于高 NH4+废水易于实现稳定的短程硝化产NO2-，因此当前工程化应用的厌氧氨氧化工艺主要用于处理高 NH4+废水，如污水处理厂污泥厌氧消化液、垃圾渗滤液、工业高 NH4+废水等。
虽然厌氧氨氧化工艺在高 NH4+废水处理中实现了较好的脱氮效果，但由于厌氧氨氧化反应过程会产生一定量的NO3-，约占去除总氮（NH4++ NO2-） 的11%，因此其出水往往含有过量的NO3-，如市政污泥消化液NH4+浓度一般在500mg N/L，理论出水NO3-浓度大于50 mg N/L。此外，在实际应用厌氧氨氧化工艺脱氮时，由于很难保证短程硝化过程 100%的 NO2-积累率，以及短程硝化出水含有一定浓度的氧气，厌氧氨氧化系统出水 NO3-浓度要远远大于理论计算值，因此其出水往往需要进一步处理。
4、主流厌氧氨氧化工艺研究现状与挑战
随着厌氧氨氧化技术在高 NH4+废水中的应用不断成熟，研究者们开始将目光转向低 NH4+城市污水。为实现主流厌氧氨氧化的应用，研究者们在小试规模上做了大量的研究，虽然在运行过程通过一定的控制策略，也取得了较好的脱氮效果，但目前为止，世界范围内还没有一座严格意义上的厌氧氨氧化城市污水处理厂，其主要是由于实际应用过程存在以下3方面挑战。
4.1 异养反硝化菌的增殖
自养的硝化菌和厌氧氨氧化菌在反应过程无需有机碳源，因此城市污水中的有机物会促进异养反硝化菌的生长，进而与厌氧氨氧化菌竞争底物 NO2-。根据反硝化和厌氧氨氧化反应的Gibbs自由能，有机物存在下反硝化反应更容易发生，另外，反硝化菌具有较低的倍增时间和较高的污泥产率，因此，有机物存在下厌氧氨氧化菌相比反硝化菌具有较低的竞争力。
为使厌氧氨氧化菌能保持优势地位，而反硝化菌活性得到抑制，采用厌氧氨氧化工艺处理城市污水时，其进水中有机物浓度应尽可能的低，建议城市污水COD/N应小于0.5。当前在实验室小试研究中，一般采用A-B工艺来实现城市污水的自养脱氮，其中A段用来去除进水中的有机物，含低有机物的出水再进入B段进行自养脱氮。目前在小试规模虽然取得了较好的去除效果，厌氧氨氧化一直保持为主要的脱氮途径，但在中试规模以及生产性应用中，仍需进一步探索研究，尤其是当系统受到高有机物的冲击，厌氧氨氧化活性是否受到抑制及其恢复特性。
4.2 短程硝化的稳定实现
稳定的短程硝化产NO2-是应用厌氧氨氧化工艺脱氮的关键所在，其主要是通过筛选和持留AOB，抑制和淘洗NOB来实现。在高 NH4+废水硝化过程，由于会伴随较高的游离氨（FA）和游离亚硝酸（FNA），NOB 的活性被抑制，因此无需复杂的控制措施即可实现稳定的短程硝化。而城市污水硝化过程，FA 和 FNA 浓度较低，无法有效的抑制 NOB 活性，NO2- 积累率低，导致脱氮效果差。
为实现较高的 NO2-积累率，在实验室小试研究中，根据 AOB 和 NOB 两种菌的生理特性的差异，通过温度、pH、溶解氧等环境因素的调节以及合理的排泥和氨谷点的控制等手段强化AOB的生长，抑制和淘洗NOB。但在实际工程应用中，由于每天处理量大，这些控制措施往往很难实施，并且进水水质波动大，一旦出现过曝气导致短程硝化被破坏，很难再恢复到原来水平，脱氮效果变差，并且厌氧氨氧化因缺乏基质而不断的被淘汰。稳定的短程硝化是实现主流厌氧氨氧化的主要瓶颈。
4.3 厌氧氨氧化菌的持留
厌氧氨氧化菌以 CO2 为唯一碳源，生长速率非常缓慢，其世代周期高达 11天，在低温条件下甚至长达 20多天。在高 NH4+ 废水应用中，由于处理水量少，在出水中加设一截留装置可以减少厌氧氨氧化污泥的流失，并且可以通过加热使其保持较高的活性。但在主流城市污水中， 每天处理水量远远大于高 NH4+废水，在运行过程势必会引起污泥的大量流失，从而导致厌氧氨氧化活性不断降低。因此，在主流污水处理中如何有效的持留厌氧氨氧化功能菌是一大难题。
厌氧氨氧化菌喜欢群聚生长，易形成颗粒和贴附器壁，针对这一特性，在高 NH4+废水工程应用中，常常投加生物填料以实现厌氧氨氧化菌的富集，从而减少功能菌在运行过程中的流失，中试规模取得了较好的效果。但在主流城市污水中，基质浓度低，环境因素多变，厌氧氨氧化活性低，厌氧氨氧化菌是否依然能够聚集于生物填料中，仍有待研究。另外，在启动主流厌氧氨氧化工艺时，常常会以侧流活性较好的处理高 NH4+废水的厌氧氨氧化生物填料为接种物，但其在运行过程中，富集的厌氧氨氧化菌生物膜是否会脱落，活性是否能够维持等问题。
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