厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)的研究

魏思佳

【摘 要】厭氧氨氧化的發(fā)現(xiàn)很大程度上提高了人們對(duì)氮循環(huán)的理解，厭氧氨氧化為高氨氮廢水的去除帶來很大希望。然而，有機(jī)碳源的存在會(huì)對(duì)該過程產(chǎn)生不利影響。在實(shí)際廢水中，會(huì)不可避免地存在有機(jī)碳及氮。厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)在單一系統(tǒng)中同時(shí)脫氮除碳。由于該工藝為生物脫氮過程，溫度是影響微生物的主要因素，所以溫度及有機(jī)物都會(huì)對(duì)厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)產(chǎn)生重要影響。本文綜述了有機(jī)物及溫度對(duì)厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)的影響，提出了當(dāng)前研究存在的問題，展望了未來研究的重點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】厭氧氨氧化；反硝化；有機(jī)物；溫度

0 引言

全球氮循環(huán)的研究引發(fā)人們極大興趣，因?yàn)榈厥俏⑸锛爸参锼匦璧臒o機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)。氮素是細(xì)胞體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的第四大常見元素。人類活動(dòng)排放的廢水包含大量含氮化合物，它們以NH4+-N、有機(jī)氮、NO2-及NO3-的形式存在，會(huì)對(duì)水生生物產(chǎn)生毒害作用，消耗溶解氧，引起水體富營養(yǎng)化，影響廢水再利用。廢水中存在的氮化合物可通過一系列方法去除，其中生物脫氮技術(shù)被廣泛應(yīng)用。

厭氧氨氧化可去除進(jìn)水中的氨氮及亞硝態(tài)氮，并產(chǎn)生硝態(tài)氮。低溫及有機(jī)物會(huì)抑制厭氧氨氧化菌的活性[1]。直接應(yīng)用厭氧氨氧化技術(shù)處理含氮含碳廢水存在問題，它需要預(yù)先處理有機(jī)碳源。在實(shí)際生產(chǎn)中，工業(yè)廢水水溫通常在5-20℃，因此，探究低溫及有機(jī)物對(duì)厭氧氨氧化菌及反硝化菌的影響，可為厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)同時(shí)脫氮除碳的發(fā)展為提供理論依據(jù)。

1 研究進(jìn)展

厭氧氨氧化是指在厭氧條件下，微生物以NH4+為電子供體，NO2-為電子受體，將NH4+、NO2-轉(zhuǎn)化為N2的生物氧化過程。與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比，厭氧氨氧化技術(shù)具有能耗低、無需外加碳源、產(chǎn)泥量少等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于NO3-的產(chǎn)生，使出水總氮濃度不達(dá)標(biāo)。在實(shí)際廢水處理中，常常含有有機(jī)污染物，而其可成為反硝化反應(yīng)的電子供體，厭氧氨氧化反應(yīng)產(chǎn)生的NO3-為電子受體，進(jìn)行反硝化反應(yīng)。

因此，厭氧氨氧化與反硝化反應(yīng)的耦合既可為前者消除有機(jī)物的影響，又可為后者的進(jìn)行提供反應(yīng)基質(zhì)，不僅可以去除有機(jī)物，還提高了總氮去除率。

1.1 有機(jī)物

目前，學(xué)者對(duì)厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)的研究認(rèn)為，有機(jī)物濃度會(huì)影響厭氧氨氧化菌脫氮[2]。Dapena-Mora[3]等研究認(rèn)為50mM的乙酸鹽會(huì)抑制70%的厭氧氨氧化菌的活性；You[1]等研究發(fā)現(xiàn)0.5mM的甲醇會(huì)導(dǎo)致厭氧氨氧化菌立即完全失活；當(dāng)COD負(fù)荷增加時(shí)，雖然厭氧氨氧化菌的活性降低，但反硝化菌的活性增強(qiáng)[4]，這是因?yàn)楫?dāng)存在足夠的有機(jī)物時(shí)，由于厭氧氨氧化菌與反硝化菌的生長比率不同，反硝化菌會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)[5]。Chen等[6]通過PCR技術(shù)也驗(yàn)證了當(dāng)COD濃度為400mg/L時(shí)，厭氧氨氧化菌的數(shù)量會(huì)減少而反硝化菌的數(shù)量會(huì)增多。

1.2 溫度

厭氧氨氧化與反硝化反應(yīng)對(duì)溫度變化的反應(yīng)不同。厭氧氨氧化菌的最適生長溫度為30-40℃[7]，其對(duì)溫度變化比較敏感，溫度從32℃下降到17℃后，反應(yīng)器內(nèi)的厭氧氨氧化活性受到顯著抑制[8]。溫度對(duì)反硝化作用的影響比其它廢水生物處理過程的影響要大，其適宜的溫度范圍為15-35℃，低于10℃時(shí)反硝化速率明顯下降[9]。因此，厭氧氨氧化菌與反硝化菌的活性都會(huì)受低溫抑制，但隨溫度升高而增加。

2 結(jié)語及展望

在處理含氮含碳廢水時(shí)，應(yīng)用厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)不僅在技術(shù)上是可行的，在經(jīng)濟(jì)成本上也是合理的。厭氧氨氧化與反硝化耦合脫氮除碳的發(fā)展對(duì)垃圾滲濾液、制藥廢水等的處理用處很大，其耗能小、經(jīng)濟(jì)成本低。然而，有機(jī)物的種類不同對(duì)耦合反應(yīng)的影響存在差異，今后需對(duì)具體有機(jī)物做具體分析，會(huì)使生物脫氮工藝在實(shí)際應(yīng)用中前景更廣闊。

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[責(zé)任編輯：王楠]