隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，城市化和工業(yè)化的進(jìn)程不斷加快，水體受污染情況也日益彰顯出來(lái)。水體富營(yíng)養(yǎng)化作為水體表觀的污染現(xiàn)象，已經(jīng)受到人們的重視。污水處理廠中的氮指標(biāo)也成為了污水排放的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。但是就目前而言，硝化反硝化是我們主要的脫氮方法。但是這些也存在著效率低，剩余污泥量大，能耗高等特點(diǎn)。因此，研究開(kāi)發(fā)新型的，低耗的脫氮技術(shù)已經(jīng)成為了現(xiàn)如今污水控制工程領(lǐng)域的重要研究方向。

一、厭氧氨氧化究竟有多熱

 在目前的污水處理領(lǐng)域，如果說(shuō)不知道厭氧氨氧化技術(shù)，真覺(jué)得有點(diǎn)不好意思。

 (1)厭氧氨氧化是未來(lái)概念廠的核心技術(shù)

 降低能耗：由于厭氧氨氧化工藝是在厭氧條件下直接將氨氮和亞硝氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)?，同時(shí)在好氧段只需將氨氮氧化為亞硝氮，省略后續(xù)亞硝氮氧化為硝態(tài)氮，所以節(jié)省了曝氣量。

 能源回收：厭厭氧氨氧化菌將傳統(tǒng)反硝化過(guò)程所需的外加碳源全部省略，污水中的有機(jī)物可限度的進(jìn)行回收產(chǎn)甲烷，而不是被氧化成二氧化碳。產(chǎn)生的甲烷又可以作為能源重新利用，從而使污水變廢為寶，成為“液體黃金”。

 因此說(shuō)，厭氧氨氧化的出現(xiàn)使得污水處理廠從耗能除污的末端，有機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)化為零能耗或者能源輸出的化工廠。

下面我們?cè)敿?xì)來(lái)了解厭氧氨氧化的前世今生。

 二、脫氮工藝的發(fā)展 

傳統(tǒng)的脫氮工藝采用的是硝化-反硝化工藝。通常的硝化過(guò)程是指在好氧情況下，利用好氧硝化菌將水中的氨氧化為硝酸根。這一過(guò)程分兩步進(jìn)行：一步是，氨氧化菌（AOB）將水中的氨氧化為亞硝酸根離子；二部是亞硝酸鹽氧化菌將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽。反硝化是指在厭氧情況下，厭氧反硝化菌將硝酸根轉(zhuǎn)化為無(wú)害氮?dú)獾倪^(guò)程。

 隨著研究的進(jìn)行，科學(xué)工作者在原來(lái)的硝化反硝化基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出了短程硝化反硝化新型技術(shù)。相比較硝化反硝化過(guò)程來(lái)言，短程硝化反硝化是指把硝化反應(yīng)控制在產(chǎn)亞硝酸鹽的階段，阻止進(jìn)一步的硝酸根的形成，然后在厭氧情況下利用反硝化菌進(jìn)行反硝化。這樣的話，脫氮過(guò)程相比較原來(lái)的硝化反硝化來(lái)說(shuō)在過(guò)程上減少了，能夠減少反應(yīng)中對(duì)氧氣以及碳源的需求。

 自上世紀(jì)90年代起，厭氧氨氧化現(xiàn)象開(kāi)始被發(fā)現(xiàn)，隨后，厭氧氨氧化作為一種新型的脫氮工藝開(kāi)始進(jìn)入人們的視線。厭氧氨氧化是指在缺氧情況下，以亞硝酸鹽為電子受體將氨氧化為氮?dú)?。這一發(fā)現(xiàn)引起了水處理工程師廣泛的關(guān)注以及濃厚的興趣。

三、厭氧氨氧化概述 

1995年，荷蘭的Mulder發(fā)現(xiàn)厭氧流化床中氨和硝酸鹽濃度同步下降的情況，而傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為厭氧情況下氨不會(huì)被生物降解，他認(rèn)為這是一種新的氮轉(zhuǎn)化過(guò)程，并將這一過(guò)程命名為厭氧氨氧化過(guò)程。

 隨后，van de Graaf等證明厭氧氨氧化是一個(gè)生物反應(yīng)，推測(cè)電子受體是亞硝酸鹽而不是硝酸鹽。并用厭氧流化床富集了后來(lái)被稱(chēng)為厭氧氨氧化菌（AAOB）的細(xì)箘。 但是，科學(xué)家們對(duì)AAOB的提純培養(yǎng)均以失敗告終。直到1999年，Strous通過(guò)離心分離的方法分離出AAOB菌株，并且通過(guò)16S RNA測(cè)序，確認(rèn)AAOB是浮霉菌門(mén)的成員。

四、厭氧氨氧化

 厭氧氨氧化是指在缺氧條件下，以亞硝酸鹽做為電子受體，將氨轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，同時(shí)伴隨著以亞硝酸鹽為電子受體固定二氧化碳并產(chǎn)生硝酸鹽的生物過(guò)程。厭氧氨氧化實(shí)際包括兩個(gè)過(guò)程：一過(guò)程，分解（產(chǎn)能）代謝：以氨為電子供體，亞硝酸鹽為電子受體，兩者以1:1的比例反應(yīng)生成氮?dú)?，并把產(chǎn)生的能源以ATP的形式儲(chǔ)存起來(lái)。二過(guò)程，合成代謝：以亞硝酸鹽為電子受體提供還原力，利用碳源二氧化碳以及分解代謝產(chǎn)生的ATP合成細(xì)胞物質(zhì)，并在這一過(guò)程中產(chǎn)生硝酸鹽。執(zhí)行這一過(guò)程的就是AAOB。

 硝化菌在氨氧化過(guò)程中產(chǎn)生亞硝酸鹽，為AAOB提供基質(zhì)，因此，短程硝化作為給厭氧氨氧化提供亞硝酸鹽的反應(yīng)過(guò)程，一般和厭氧氨氧化聯(lián)系在一起。污水處理中氨氮是污水的一重要指標(biāo)，在前置短程硝化的情況下，利用AOB將部分氨氮氧化為亞硝酸鹽，然后AAOB通過(guò)分解和合成代謝將氨和亞硝酸鹽反應(yīng)掉，生成氮?dú)庖约吧倭康南跛猁}。執(zhí)行這一過(guò)程的就是AAOB。這一過(guò)程中高濃度的亞硝酸鹽對(duì)AAOB有抑制作用，所以工藝中亞硝酸鹽濃度應(yīng)保持在較低范圍。

 AAOB生長(zhǎng)非常緩慢，倍增時(shí)間需要7—22天，目前還無(wú)法純化培養(yǎng)，只能通過(guò)離心分離的辦法提純得到純度為99.8%的AAOB。這使得AAOB的研究受到阻礙，也給厭氧氨氧化工藝的應(yīng)用和推廣帶來(lái)諸多不便。

 和傳統(tǒng)的硝化反硝化工藝相比，厭氧氨氧化具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

 ①　厭氧氨氧化在缺氧條件下進(jìn)行，不需要曝氣裝置供氧，，可以減少能源的消耗。

 ②　厭氧氨氧化以CO2作為碳源，不需要提供外加碳源，減少對(duì)碳源的消耗。

 ③　AAOB生長(zhǎng)緩慢，產(chǎn)泥量低，減少剩余污泥量，污泥處置費(fèi)用低。

 ④　AAOB去除負(fù)荷高。氮負(fù)荷可達(dá)9.5kg/（m3·d）。

 環(huán)境中對(duì)AAOB的影響因素：

1. 基質(zhì)和產(chǎn)物 

一般認(rèn)為，AAOB對(duì)高濃度的氨氮和硝酸鹽有較高的耐受度，但是高濃度的亞硝酸鹽對(duì)AAOB有明顯的抑制作用，亞硝酸鹽在濃度達(dá)到0.1g/L時(shí)，就會(huì)完全抑制AAOB的作用，加入少量的NH2OH或者N2H4就可以使其恢復(fù)活性。

 2. 溶解氧 

AAOB是嚴(yán)格厭氧箘，因此其活性容易受到溶解氧（DO）的抑制。研究表明，氧分壓在0.5%空氣飽和時(shí)，氨和亞硝酸鹽的轉(zhuǎn)化完全停止。厭氧氨氧化被低濃度氧氣抑制說(shuō)明：理論上可通過(guò)間歇曝氣完成短程硝化和厭氧氨氧化在同一容器內(nèi)進(jìn)行。

 3. 有機(jī)物

 研究表明，有機(jī)物存在會(huì)對(duì)AAOB的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響，存在一定有機(jī)物的情況下，AAOB難以和反硝化菌競(jìng)爭(zhēng)亞硝酸鹽。Tang等發(fā)現(xiàn)，在COD2-_N為2.92時(shí)，厭氧氨氧化受到抑制，異養(yǎng)反硝化菌成為優(yōu)勢(shì)菌種，在這一條件下長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)使厭氧氨氧化脫氮性難以恢復(fù)。

五、總結(jié)

 厭氧氨氧化作為一種新型的脫氮工藝，它的發(fā)現(xiàn)是污水處理領(lǐng)域的一大變革。相比較原來(lái)的硝化反硝化工藝以及短程硝化反硝化來(lái)說(shuō)，厭氧氨氧化有著明顯的優(yōu)勢(shì)，但是，由于菌種自身存在著增殖速度慢等問(wèn)題，所以給研究以及應(yīng)用帶來(lái)了諸多問(wèn)題。充分了解AAOB的細(xì)胞特性和生理特點(diǎn)，以及在污水處理中可能存在的問(wèn)題，提出切實(shí)可行有效的新型工藝是眾心所向的重要課題。

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