自养生物脱氮技术研究进展1

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1、1自养生物脱氮技术研究进展王舜和（有删减，未经本人许可不可转载）摘要：基于短程硝化和厌氧氨氧化的完全自养脱氮工艺是生物脱氮领域研究的热点，它的发现为低碳氮比废水的处理提供了新的思路。近些年来，人们陆续开发了SHARON、ANAMMOX、CANON、OLAND等自养生物脱氮工艺。本文从工艺原理、特点等方面，对自养生物脱氮工艺的国内外研究状况进行了总结和对比，并提出了存在的问题及发展方向。关键词:生物脱氮;厌氧氨氧化;自养脱氮工艺.+−−传统生物脱氮方法包含两个步骤：好氧硝化（将NH转化为NO和NO）和缺氧反硝423−−+化（将NO2和NO3转化为N2）。参与这一过程的硝化细菌主要是

2、自养菌，它们能从NH4和−NO的氧化过程中获取能量而生长繁殖。反硝化细菌则是异养菌，在反应过程中必须提供2有机碳源。然而，很多废水（如污泥消化液、垃圾渗滤液和一些工业废水）缺乏足够的有机碳源，为了能实现较完全的反硝化过程，必须额外添加甲醇等物质作为有机碳源，这大大增[1]加了生物脱氮处理工艺的成本。近10年来，人们对生物脱氮有了很多新的发现，如短程硝化/反硝化、同步硝化/反硝化、好氧反硝化以及厌氧氨氧化等。其中厌氧氨氧化是基于新菌种建立的独特工艺，在反应过程中不需要有机碳源即能实现氮素的脱除，它的发现为低碳氮比废水的处理提供了新的思路。人们陆续开发了多种完全自养脱氮工艺，如SHA

3、RON+Anammox、CANON、OLAND和NOx等等。本文将在介绍工艺原理的基础上，着重比较分析几种自养工艺的特点和差异。一、自养工艺中氨的氧化途径：自养脱氮理念的核心主要包含短程硝化与厌氧氨氧化两个过程。短程硝化是指通过控制反应条件（如pH、SRT、温度和DO等）实现亚硝酸的积累；厌氧氨氧化则是在厌氧条件下+−利用NH4作为电子供体将NO2转化为N2。整个反应过程涉及两类菌种和如下三种氨氧化途径：1.亚硝化过程：+−传统工艺中的硝化过程需要将NH完全氧化为NO，其中涉及亚硝酸菌和硝酸菌两种43+−细菌，它们能在有氧条件下分别氧化NH和NO，并从这一过程中获得生长所需的能量

4、。42−+由于厌氧氨氧化阶段对进水中NO/NH的比例有严格要求，因此在完全自养工艺中需要24设法抑制硝酸菌的繁殖，使亚硝酸菌成为优势群体。实现亚硝酸积累的方法主要有两种：一种是SHARON工艺：在CSTR反应器中，通过控制温度、pH、污泥龄（SRT），逐渐从系统里筛除硝酸菌；另一种是控制溶解氧（DO），由于亚硝酸菌对氧的结合能力比硝酸菌强，DO降低后亚硝酸菌在数量上不会减少，而硝酸菌则会受到明显的抑制。反应器长期在低DO条件下运行，就能使亚硝酸菌在硝化细菌中占有优势，并且能够稳定地保持这种优势，这种控制方法比较适合于SBR等间歇反应器。常见的亚硝酸菌主要有Nitrosomonas

5、，Nitrosospira和Nitrosococcus三类，它们分别在不同的污水处理系统中占统治地位。很多研究者发现，在SHARON和OLAND工艺中Nitrosomonas可达菌群总数的70%以上，而几乎检测不到Nitrosospira和Nitrosococcus。因此可以认为自养工艺中的亚硝化过程主要是由Nitrosomonas类细菌完成的。+Nitrosomonas将NH氧化成亚硝酸需要进行两步反应，分别有两种酶参与作用，在有氧4条件下，首先由AMO氧化铵根生成羟胺，然后在HAO的作用下羟胺与水反应生成亚硝酸。++-ΑΜΟΝΗ+0.5Ο+2e⎯⎯⎯⎯→ΝΗΟΗ+Η①422H

6、AO-+-NHOH+HO⎯⎯⎯⎯→NO+5H+4e②2222.厌氧氨氧化（Anammox）过程：厌氧氨氧化是突破传统脱氮理念的新型工艺，也是完全自养工艺的核心。它是指在厌氧+条件下，厌氧氨氧化菌以亚硝酸根为电子受体，直接将NH转化为N2。目前对厌氧氨氧化415菌的代谢途径还不甚明了。采用N示踪研究表明，联氨（N2H4）和羟胺（NH2OH）可能为中间产物，在3种酶的催化下完成厌氧代谢。氧氨氧化菌是最近发现的新菌，属浮酶状菌（Planctomycetes）的一个分支。与传统工艺中的反硝化菌比较，厌氧氨氧化菌的突出特点是：完全自养，不需要任何有机碳源。在污水处理系统中比较常见的有Can

7、didatusBrocadiaanammoxidans和CandidatusKueneniasttuttgartiensis两种。它们在细胞结构﹑代谢特性等方面十分相似。其生理特性对比见表1。3.Nitrosomonas的厌氧氨氧化特性：前面提到当在缺氧环境中通入NO2，Nitrosomonas还可以利用NO2进行反硝化反应，事实上，早在1998年人们就在OLAND工艺中发现了总氮减少现象，由于采用的是硝化污泥直接接种，而且在短时间内就产生了反硝化现象，因此，很可能是Nitros