厭氧氨氧化（ANAMMOX）生物膜技術因其低能耗、無需碳源等優勢，在高氨氮廢水處理領域展現出巨大潛力。然而，溫度作為影響微生物活性的關鍵環境因素，直接決定了ANAMMOX工藝的穩定性和脫氮效能。本文從微生物代謝機制出發，探討溫度變化對ANAMMOX生物膜技術的影響規律及應對策略。

溫度與ANAMMOX生物膜脫氮效率的關系

ANAMMOX菌（如Candidatus Kuenenia）是一類嗜溫性自養菌，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，ANAMMOX菌的比生長速率（μmax）與溫度呈正相關。當溫度從30℃降至20℃時，其氨氮去除速率（SAA）下降約50%，主要因酶活性降低導致底物利用效率下降。

生物膜結構穩定性：低溫條件下，生物膜內EPS（胞外聚合物）分泌減少，導致結構松散，易受水力沖刷脫落。實驗顯示，15℃時生物膜EPS含量僅為30℃時的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菌與異養反硝化菌的競爭關系。當溫度低于25℃時，異養菌活性增強，可能搶占底物，導致ANAMMOX菌豐度下降。

低溫環境下的工藝挑戰與應對措施

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

生物膜強化技術：

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

EPS定向調控：投加微量Fe3?（1~5mg/L）刺激生物膜分泌更多黏性EPS，提升低溫下的結構穩定性。

反應器設計優化：

分級控溫系統：在生物膜反應器內設置局部加熱區（如30℃），通過熱梯度引導ANAMMOX菌向高溫區富集，維持核心脫氮功能。

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

耦合工藝開發：

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

高溫環境的風險與控制

當溫度超過40℃時，ANAMMOX菌的活性顯著抑制，表現為：

酶變性失活：高溫破壞菌體內關鍵酶（如肼氧化酶HZO）的空間結構，導致氨氮去除率驟降。

生物膜解體：高溫加速生物膜內水分蒸發，EPS脫水后失去粘結力，引發大面積脫落。

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

未來研究方向

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

智能溫控系統集成：結合物聯網傳感器實時監測溫度變化，動態調節加熱/冷卻功率，實現精準控溫。

多能互補供能模式：利用工業余熱或太陽能為反應器供熱，降低能耗成本。

結語

溫度是ANAMMOX生物膜技術高效運行的核心參數。通過工藝優化與技術創新，可在寬溫域范圍內維持穩定的脫氮性能，為高氨氮廢水的低碳處理提供可靠解決方案。未來需進一步探索微生物-材料-環境的協同機制，推動該技術在全球范圍內的規模化應用。