厌氧氨氧化与反硝化耦合反应的研究

魏思佳

【摘 要】厌氧氨氧化的发现很大程度上提高了人们对氮循环的理解，厌氧氨氧化为高氨氮废水的去除带来很大希望。然而，有机碳源的存在会对该过程产生不利影响。在实际废水中，会不可避免地存在有机碳及氮。厌氧氨氧化与反硝化耦合反应可实现在单一系统中同时脱氮除碳。由于该工艺为生物脱氮过程，温度是影响微生物的主要因素，所以温度及有机物都会对厌氧氨氧化与反硝化耦合反应产生重要影响。本文综述了有机物及温度对厌氧氨氧化与反硝化耦合反应的影响，提出了当前研究存在的问题，展望了未来研究的重点。

【关键词】厌氧氨氧化；反硝化；有机物；温度

0 引言

全球氮循环的研究引发人们极大兴趣，因为氮素是微生物及植物所必需的无机营养物质。氮素是细胞体内发现的第四大常见元素。人类活动排放的废水包含大量含氮化合物，它们以NH4+-N、有机氮、NO2-及NO3-的形式存在，会对水生生物产生毒害作用，消耗溶解氧，引起水体富营养化，影响废水再利用。废水中存在的氮化合物可通过一系列方法去除，其中生物脱氮技术被广泛应用。

厌氧氨氧化可去除进水中的氨氮及亚硝态氮，并产生硝态氮。低温及有机物会抑制厌氧氨氧化菌的活性[1]。直接应用厌氧氨氧化技术处理含氮含碳废水存在问题，它需要预先处理有机碳源。在实际生产中，工业废水水温通常在5-20℃，因此，探究低温及有机物对厌氧氨氧化菌及反硝化菌的影响，可为厌氧氨氧化与反硝化耦合反应同时脱氮除碳的发展为提供理论依据。

1 研究进展

厌氧氨氧化是指在厌氧条件下，微生物以NH4+为电子供体，NO2-为电子受体，将NH4+、NO2-转化为N2的生物氧化过程。与传统生物脱氮工艺相比，厌氧氨氧化技术具有能耗低、无需外加碳源、产泥量少等优点。然而，由于NO3-的产生，使出水总氮浓度不达标。在实际废水处理中，常常含有有机污染物，而其可成为反硝化反应的电子供体，厌氧氨氧化反应产生的NO3-为电子受体，进行反硝化反应。

因此，厌氧氨氧化与反硝化反应的耦合既可为前者消除有机物的影响，又可为后者的进行提供反应基质，不仅可以去除有机物，还提高了总氮去除率。

1.1 有机物

目前，学者对厌氧氨氧化与反硝化耦合反应的研究认为，有机物浓度会影响厌氧氨氧化菌脱氮[2]。Dapena-Mora[3]等研究认为50mM的乙酸盐会抑制70%的厌氧氨氧化菌的活性；You[1]等研究发现0.5mM的甲醇会导致厌氧氨氧化菌立即完全失活；当COD负荷增加时，虽然厌氧氨氧化菌的活性降低，但反硝化菌的活性增强[4]，这是因为当存在足够的有机物时，由于厌氧氨氧化菌与反硝化菌的生长比率不同，反硝化菌会在竞争中占据优势[5]。Chen等[6]通过PCR技术也验证了当COD浓度为400mg/L时，厌氧氨氧化菌的数量会减少而反硝化菌的数量会增多。

1.2 温度

厌氧氨氧化与反硝化反应对温度变化的反应不同。厌氧氨氧化菌的最适生长温度为30-40℃[7]，其对温度变化比较敏感，温度从32℃下降到17℃后，反应器内的厌氧氨氧化活性受到显著抑制[8]。温度对反硝化作用的影响比其它废水生物处理过程的影响要大，其适宜的温度范围为15-35℃，低于10℃时反硝化速率明显下降[9]。因此，厌氧氨氧化菌与反硝化菌的活性都会受低温抑制，但随温度升高而增加。

2 结语及展望

在处理含氮含碳废水时，应用厌氧氨氧化与反硝化耦合反应不仅在技术上是可行的，在经济成本上也是合理的。厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮除碳的发展对垃圾渗滤液、制药废水等的处理用处很大，其耗能小、经济成本低。然而，有机物的种类不同对耦合反应的影响存在差异，今后需对具体有机物做具体分析，会使生物脱氮工艺在实际应用中前景更广阔。

【参考文献】

[1]You J， Das A， Dolan E M， et al. Ammonia-oxidizing archaea involved in nitrogen removal[J]. Water Research， 2009，43（7）：1801-1809.

[2]Güven D， Dapena A， Kartal B， et al. Propionate oxidation by and methanol inhibition of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria[J]. Applied and environmental microbiology， 2005，71（2）：1066-1071.

[3]Dapena-Mora A， Fernandez I， Campos J， et al. Evaluation of activity and inhibition effects on Anammox process by batch tests based on the nitrogen gas production[J]. Enzyme and Microbial Technology， 2007，40（4）：859-865.

[4]Kang J， Wang J-L. Influence of chemical oxygen demand concentrations on anaerobic ammonium oxidation by granular sludge from EGSB reactor[J]. Biomedical and environmental sciences： BES， 2006，19（3）：192-196.

[5]Molinuevo B， García M C， Karakashev D， et al. Anammox for ammonia removal from pig manure effluents： effect of organic matter content on process performance[J]. Bioresource Technology， 2009，100（7）：2171-2175.

[6]Chen C， Huang X， Lei C， et al. Effect of organic matter strength on anammox for modified greenhouse turtle breeding wastewater treatment[J]. Bioresource technology， 2013，148：172-179.

[7]Strous M， Kuenen J G， Jetten M S. Key physiology of anaerobic ammonium oxidation[J]. Applied and environmental microbiology， 1999，65（7）：3248-3250.

[8]姚俊芹，刘志辉，鼠少奇.温度变化对厌氧氨氧化反应的影响[J].环境工程学报， 2013，7（10）：3993-3996.

[9]徐亚同.pH值，温度对反硝化的影响[J].中国环境科学，1994，14（4）：308-313.

[责任编辑：王楠]