单级自养脱氮工艺及功能微生物研究进展

王 林 红

(西安国际港务区管理委员会市容环保局，陕西 西安 710026)

单级自养脱氮工艺及功能微生物研究进展

王 林 红

(西安国际港务区管理委员会市容环保局，陕西 西安 710026)

介绍了单级自养脱氮工艺的特点及其生物反应机理，并通过对该工艺所需的生化环境及污泥形态结构的分析研究，指出单级自养脱氮工艺具有高效低耗的优势，应用前景广阔。

水体，富营养化，单级自养脱氮，微生物

0 引言

氮素的超标排放容易诱发水体发生富营养化，不仅恶化水体水质，还能加速湖泊、水库等自然水体的消亡，带来严重的生态问题[1]。因此，废水的脱氮处理成为水污染控制的一个重要内容。传统的生物硝化反硝化在城市生物污水脱氮过程中起到非常重要的作用，然而其工艺流程长、占地面积大、运行费用高等弊端日益显现[2]，在普遍强调可持续发展的今天，研发生物脱氮新理论与技术是满足当代形势的需要。

随着生物脱氮新理论的突破及分子生物学技术的发展，研究者发现了几种氮素的生物转化新途径，如好氧条件下反硝化、异养菌进行硝化和厌氧氨氧化等[3]。这些生物反应新途径不仅解释了污水处理过程中氮素不明去除的现象，还被环境工程师们加以利用并开发了几种新工艺。其中，基于厌氧氨氧化的单级自养脱氮工艺因具有高效、低耗的优点倍受青睐，尤其在处理高氨废水、低C/N废水过程中，其节能优点更为突出，并具有广阔的应用前景[4]。

1 单级自养脱氮工艺与技术概述

单级自养脱氮是指在单一反应器中完成由氨氮直接到氮气转化的自养生物脱氮过程。国外学者对获得单级自养脱氮的效果的工艺给予了不同的命名，主要包括限氧条件下自养硝化反硝化工艺[6](Oxygen-Limited Autotrophic Nitrification-Denitrification，OLAND)、基于亚硝化的自养脱氮工艺[5](Completely Autotrophic Nitrogen-removal Over Nitrite，CANON)和好氧/缺氧反氨化(Aerobic/Anoxic Deammonification)工艺[7]。

2 生化反应机理及功能微生物

虽然给予了不同命名，单级自养脱氮工艺的生化反应机理基本相同，是由两种微生物(氨氧化菌和厌氧氨氧化菌)通过协同作用先后经过部分亚硝化和厌氧氨氧化两个氮素转化途径完成脱氮的[8]。首先，氨氧化菌在限氧条件下发生部分亚硝化反应，即氧化部分氨氮为亚硝酸盐，并消耗系统中的溶解氧，以期创造厌氧氨氧化菌生长所需无分子氧的环境条件；接着，厌氧氨氧化菌以氨氧化菌生成的亚硝酸盐为电子受体氧化系统剩余的氨氮，产物为氮气，副产物为硝酸盐氮。单级自养脱氮工艺的原理示意图和反应关系分别见图1和式(1)～式(3)。

(1)

(2)

(3)

除了厌氧氨氧化菌外，部分种属的好氧氨氧化菌(如Nitrosomonas europaea)也能在氧受限制的条件下利用亚硝酸盐为电子受体氧化氨氮进行反硝化脱氮[9]，其脱氮原理见图2。但是此菌的活性只有厌氧氨氧化菌的1/10左右，脱氮效率不高，最高仅为40%左右。因此，通常单级自养脱氮系统中同时发生厌氧氨氧化和自养反硝化两种脱氮途径。

3 环境条件和污泥形态结构

由于氨氧化菌和厌氧氨氧化菌对氧的需求截然相反，因此，为了获得良好的脱氮效果，常需要控制单级自养脱氮系统中的DO浓度，以形成限氧的环境条件。如果DO浓度过低，则会降低氨氧化菌的活性，影响短程硝化的效果；反之，如果DO浓度过高，一方面会抑制厌氧氨氧化菌的活性，影响脱氮效果，另一方面，过高的DO浓度会促使系统中亚硝酸盐氧化菌的过量生长，使氨氮发生全程硝化作用，导致因副产物硝酸盐浓度的升高影响脱氮效率。所以，理论上，生物膜或颗粒污泥是可以同时富集氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的污泥形态结构，因为这种污泥形态结构可分别在表层和内部形成好氧和厌氧的微环境条件，可为两种菌的协同生长提供条件。

4 研究进展

厌氧氨氧化菌的低生长速率(倍增时间为11 d[10])使工艺的启动较为困难。因此，研究者通常是通过首先接种厌氧氨氧化菌然后限氧曝气，使好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌共存来完成启动的[11-13]。

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The research progress of single-stage autotrophic nitrogen process and function microbial

WANG Lin-hong

(CityEnvironmentalProtectionBureau,Xi’anInternationalPortAreaManagementCommittee,Xi’an710026,China)

This paper introduced characteristics and its biological reaction mechanism of single-stage autotrophic nitrogen process, and through the analysis and research on required biochemical environment and sludge morphology structure of the process, pointed out the single-stage autotrophic nitrogen had high efficiency and low energy consumption advantages, had wide application prospect.

water, eutrophication, single-stage autotrophic nitrogen, microbial

1009-6825(2014)35-0210-03

2014-09-23

王林红(1983- )，女，硕士，工程师

X701

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