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3. 温度对厌氧氨氧化的影响
温度是影响厌氧氨氧化菌的重要因素之一。从微生物的角度看,细菌都有最适反应温度,过高或过低都会影响细菌的活性,从而影响厌氧氨氧化率。从反应活化能的角度来看,一般活化能越小,化学反应速率越高。厌氧氨氧化反应的活化能为7 0 KJ˙mol-1,与亚硝酸菌的反应活化能基本相当[3]。厌氧氨氧化反应属于容易进行的化学反应;但同时属于较难进行的生物反应,它对温度变化比较敏感。Jetten等论述厌氧氨氧化适宜温度为20~43℃,低于15℃时,厌氧氨氧化速率较低;在15~37.5℃,厌氧氨氧化速率不断升高;当T= 37.5℃时,氨氮和亚硝酸氮都达到最大转化速率;当T>37.5℃时,厌氧氨氧化速率开始慢慢下降;当温度超过40℃,厌氧氨氧化活性剧降。
4. 泥龄控制对厌氧氨氧化的影响
由于厌氧氨氧化菌生长缓慢,细胞产率低,污泥产量少,所以维持长泥龄对厌氧氨氧化工艺较重要。Strous等人在序批式反应器SBR中培养厌氧氨氧化菌发现,在细菌的对数生长阶段,细胞(以蛋白计)的平均氨转换速率为20±6 nmol(mg˙min)-1,最大氨转换速率为45±6 nmol(mg˙min)-1。根据最大活性和细胞产率,推算最大生长速率为0.0027±0.005 h-1(倍增时间是11天),因此厌氧氨氧化的泥龄比较长,水力停留时间在一定条件下也应该较长。
5. 不同生态系统中的厌氧氨氧化
虽然一直以来均有厌氧氨氧化(Anammox)的报道,但是直到2002年,Thamdrup 和 Dalsgaard等人利用同位素示踪技术首次证实了Anammox在海洋沉积物中的存在也就是自然环境中的存在。Anammox过程并不仅局限于海洋和咸水环境,也广泛存在于河流湖泊等淡水系统中。湖泊、河流等的沉积物中,氨氮、硝氮和亚硝氮的共存为厌氧氨氧化提供了有利的环境。徐徽等在太湖梅梁湾柱样的脱氮过程研究中,发现反硝化过程贡献率要强于厌氧氨氧化过程。Trimmer等人研究了英国Thames河口沉积物中厌氧氨氧化过程,发现该过程对氮气产生量的贡献在1~8%之间,且与有机质含量存在显著的正相关性。Catarina Teixeira[7]等人研究了葡萄牙三条河流(Cávado River、Ave River和Douro River)河口沉积物中厌氧氨氧化过程,发现NO3-的存在会刺激反硝化作用,而NO2-的增加更有利于厌氧氨氧化过程;另一方面,当底泥中盐度较低时,NH4+的增加会抑制Anammox过程。 Lidong Shen等人对南京水稻田中的厌氧氨氧化研究发现,Anammox过程对农田土壤的N损失贡献率在2.1~18.8%,每年总氮损失的贡献在6.1~32.9gN˙m-1。Lijun Hou等人对中国沿海湿地的厌氧氨氧化的研究表明,中国沿海湿地厌氧氨氧化细菌种类丰富,包括Candidatus Scalindua,Kuenenia,Brocadia,and Jettenia,并且温度是影响厌氧氨氧化细菌组成、活度及生物多样性的重要因素;厌氧氨氧化占所研究地区氮去除的3.8~10.7%的贡献率。
6. Anammox细菌在污水处理工艺中的应用
传统的污水处理工艺采用硝化-反硝化作用,由于利用的微生物和运行条件的不同,硝化和反硝化两个过程在时间和空间上是分开的,或者是在不同条件的反应器内进行。虽然这些传统工艺在废水生物脱氮领域目前还起着主导作用,但这些工艺本身也存在较多问题,如:工艺流程较长,占地面积大,基建投资高;由于硝化菌群增殖速度慢而难以维持较高的生物浓度;为维持较高的生物浓度及获得良好的脱氮效果,系统必须同时进行污泥和硝化液回流;其抗冲击负荷能力较弱,高浓度NH4+和NO2-废水会抑制硝化菌生长;另外,硝化过程中产生的酸度需要投加碱中和。这些措施既增加了运行的复杂性和运行成本,又可能造成二次污染等。Anammox 细菌的氨氧化过程一方面大大缩短了氨氮氧化还原到氮气的过程,从而减少了生物脱氮的物质、能量耗费,另一方面为生物脱氮技术的进步提供了新的发展平台。
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厌氧氨氧化(Anammox)技术作为近年来新兴的自养脱氮工艺,具有无需外加碳源、低污泥产量、低能耗等优势。文中总结了厌氧氨氧化应用于主流污水处理工艺时面临的困难挑战,分析了厌氧氨氧化处理污水的最新研究进展,阐述了厌氧氨氧化菌(AnAOB)的截留、硝酸盐氧化菌(NOB)的抑制、有机物的不利影响等问题的具体
当下,我国城市污水处理厂的主要矛盾已由有机物的去除转向氮、磷等营养物的去除。而城市污水处理厂目前普遍采用的传统生物脱氮除磷工艺因其自身的特点及城市污水特征,导致氮、磷污染物去除效率无法满足愈发严格的国家标准。针对这种问题,通过对同步硝化反硝化、厌氧氨氧化、反硝化除磷、短程硝化反硝化
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过去十多年的研究,世界各地的科研团队都在研究主流短程脱氮工艺工程化的可能性。2020年9月1日,美国环保署EPA给美国水研究基金会(WRF)、哥伦比亚大学、华盛顿水司(DCWater)、弗吉尼亚州的HRSD卫生局(HamptonRoadsSanitationDepartment)、乔治华盛顿大学、西北大学的联合团队拨款999670美元,目标是在污水主流线中,为厌氧氨氧化菌提供更多的亚硝酸盐,为快速短程脱氮工艺的全面应用铺平道路。
厌氧氨氧化技术(anammox)是20世纪90年代由荷兰代尔夫特大学开发的一种新型自养生物脱氮工艺,与传统脱氮技术相比,自养型厌氧氨氧化工艺被认为是一种更高效、节能的废水处理方法,其在厌氧或缺氧条件下以NO2--N为电子受体,利用厌氧氨氧化细菌(anaerobicammoniaoxidationbacteria,AnAOB)将氨氮直接氧化为氮气。在节约了硝化反应曝气能源的基础上,还无需外加碳源,且由于AnAOB属自养型微生物,生长缓慢,因此,可大大减少工艺的污泥产量。
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厌氧氨氧化(Anammox)工艺因无需外加有机碳源,污泥产量低,运行成本低、脱氮效率高等优点,适用于处理低碳氮比的高氨氮废水。而实际废水中含有浓度和种类不同的有机物,通常认为有机物的存在会对厌氧氨氧化菌产生负面影响。此外,厌氧氨氧化污泥颗粒化可以最大程度持留微生物量,强化功能菌的增殖,并在一定程度上缓解环境变化导致的脱氮效率下降,是解决这一问题的有效途径。然而如何通过提高厌氧氨氧化颗粒污泥自身的性能,提高厌氧氨氧化系统的抗有机物干扰能力显得尤为必要。
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