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厌氧氨氧化菌特性及厌氧氨氧化应用与影响因素

北极星环保网来源:基层建设 占志强2020/2/11 11:10:02我要投稿

北极星环保网讯:厌氧氨氧化指的是在缺氧条件下以亚硝酸盐为电子受体将氨氧化为氮气的过程,该过程由一类独特的、被称为“厌氧氨氧化菌”的专性厌氧微生物催化完成;更重要的是,厌氧氨氧化在污水处理领域显示出良好的应用潜力,目前厌氧氨氧化工艺及其应用成为了研究的热点,本文重点介绍厌氧氨氧化菌的生物学特性,厌氧氨氧化反应原理,厌氧氨氧化工艺的影响因素及实际工程应用。

1引言

随着城市人口的增多和工业化水平的发展,我国水资源污染问题日渐突出,水体富营养化问题加剧,处理城市污水已成为当下的热点。相比于其他的脱氮工艺,厌氧氨氧化反应不但展现出更好的脱氮性能,而且不需要外加有机碳源作为电子供体,在节约成本的同时,防止了投加碳源所产生的二次污染;避免了温室气体的排放,同时也减少了实验所需的占地空间[1]。

2厌氧氨氧化菌的生物学特性

厌氧氨氧化菌作为浮霉菌的一类,必然具有浮霉菌细胞所具有的一切特性。浮霉菌具有十分独特而典型的细胞结构:由膜包裹形成的亚细胞结构。这种浮霉菌的特征结构在厌氧氨氧化菌中也得到体现,如图1所示。透射电镜分析表明厌氧氨氧化菌有自己独特的一类由膜包裹形成的细胞器,被命名为厌氧氨氧化体)。由图1,可以看出,厌氧氨氧化菌从外到内由八部分构成:(1)细胞壁;(2)细胞质膜;(3)PP质;(4)细胞内质膜;(5)核糖质;(6)细胞类核;(7)厌氧氨氧化体膜;(8)厌氧氨氧化体。

4厌氧氨氧化工艺的影响因素

(1) 温度,温度主要是通过影响酶的活性进而影响厌氧氨氧化反应。郑平等[2]研究表明,当温度从15 ℃提升到35 ℃时,反应的速率加快;随着温度升高到35 ℃时,反应速率随之下降,所以最适的温度在30 ℃左右。30~35 ℃是厌氧氨氧化菌的最佳生存的温度。

(2)pH,pH通过两个方面对厌氧氨氧化菌产生影响。一方面是厌氧氨氧化菌的耐受程度,另一方面也影响基质的平衡。Strous等[3]研究厌氧氨氧化菌最适宜的pH在6.7~8.3之间,而在8.0左右是其最大的反应速率。

(3)溶解氧,厌氧氨氧化菌是一种厌氧菌,反应器中有氧气的存在对它产生明显的抑制作用。所以,在厌氧氨氧化菌的富集培养和厌氧氨氧化工艺启动中,为了实现厌氧,都对进水箱或反应器进行系统的曝气(氮气或者氩气)。

(4)有机物,在厌氧条件下,有机物会作为电子供体和亚硝酸盐发生反硝化作用,导致异养的反硝化菌快速生长繁殖,反硝化菌与厌氧氨氧化菌竞争生存空间和底物,从而抑制厌氧氨氧化菌的活性。

(5)光,光对厌氧氨氧化菌会产生抑制作用,会导致氨氮去除率降低。在实验过程中,厌氧氨氧化反应器外都会用黑布严实包裹;而在实际工程运用上,厌氧氨氧化反应装置则可采用不透光的材料,这样能够避免光对厌氧氨氧化过程的不利影响。

5厌氧氨氧化工艺应用现状

在过去的10年里,ANAMMOX 工程化应用逐渐兴起, ANAMMOX 工程化装置和研究文献呈逐年增长趋势。目前,工程化的装置主要包括移动床生物膜反应器[4]、颗粒污泥反应器[5]和序批式反应器[6],还有少数生物转盘和活性污泥系统。传统的生物膜技术也成功用于PN-ANAMMOX 工艺。RBC 是最早发现存有ANAMMOX 反应的反应器之一,随后被Ghent 大学成功应用OLAND 工艺中。RBC的运营成本低,但工艺缺乏灵活性。如图是世界上厌氧氨氧化技术的实际工程应用。

6总结与展望

厌氧氨氧化菌的发现将污水脱氮领域带到了更高的层次,以厌氧氨氧化为代表的自养脱氮技术所呈现出的可持续性赢得了全世界的认可和关注。本文分析了厌氧氨氧化菌的生物学特性,总结了厌氧氨氧化工艺的原理及其主要影响因素,列举了国内外厌氧氨氧化工艺在实际中的应用,但作为一类发展不久的新型生物脱氮技术,ANAMMOX 技术的工程化还远未成熟。尽管目前厌氧氨氧化工艺的应用仅限于高浓度氨氮废水的脱氮处理,但有关低温厌氧氨氧化、反硝化耦合的实验研究表明厌氧氨氧化菌具有非常大的潜能,未来在污水处理领域将发挥至关重要的作用。为了早日实现厌氧氨氧化工艺更广泛的应用,对其更进一步的探究很有必要。

延伸阅读:

全球首个运行的厌氧氨氧化工程实例

“红菌”发展简史:厌氧氨氧化的发现、研究与应用

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