厌氧氨氧化与反硝化耦合的研究

许昭昭

（青岛大学化学科学与工程学院〈环境科学与工程学院〉，山东 青岛266071）

厌氧氨氧化反应(ANAMMOX)是缺氧的条件下，以亚硝氮(NO2--N)为电子受体，将氨(NH4+-N)氧化为氮气(N2)的过程[1]。与传统的硝化和反硝化反应相比，厌氧氨氧化反应具有需氧量低、不需要外加碳源、脱氮效率高的优点[2]。近年来，厌氧氨氧化已经成为国内外研究开发的热点[3]。本试验室也对厌氧氨氧化反应器启动、稳定运行工况等方面进行了大量的研究工作。然而，上述研究大多未能考虑有机污染物的影响因素。在有机环境下，反应器系统中可能同时存在厌氧氨氧化与反硝化两种主要的厌氧脱氮反应[4]。因此，如能在同一反应器系统中实现厌氧氨氧化与反硝化脱氮的协同作用，则对生物脱氮技术的开发具有重要的意义。

1 厌氧氨氧化与反硝化耦合原理

在有机环境下，可能同时存在氧氨氧化与反硝化两种厌氧脱氮反应。周少奇[4-5]讨论了有机环境下同一反应器中厌氧氨氧化与反硝化的协同作用，推导了厌氧氨氧化的电子计量学方程式，以及有机环境下以葡萄糖为有机碳源时反硝化脱氮的电子计量学方程式。有机环境下ANAMMOX过程的计量方程式：

式中：fs为电子供体用于细胞合成的分子量。

由式 （1）可知，以NH4+为电子供体、以NO2-为电子受体的ANAMMOX反应需要以CO2为碳源，会产生一定量的NO3-，由于反应需要消耗H+，所以会引起pH升高。

反硝化反应的计量学方程式：

可见，反硝化反应消耗COD和CO2，可为ANAMMOX提供无机碳源，实现协同作用。

2 厌氧氨氧化与反硝化耦合影响因素

2.1 水力负荷

吕绛等研究表明水力负荷会对ANAMMOX与反硝化协同脱氮反应器的运行性能造成较大影响[6]。随着水力负荷的增加氨氮、亚硝氮和COD的平均去除率均出现明显的下降，然而通过再次降低进水负荷，平均去除率大幅度回升。证明协同反应器对进水负荷的变化具有较强的抵抗能力。同时伴随着水力负荷的增大，氨氮在各阶段去除率的下降幅度明显大于亚硝氮与 COD，表明反应器中 ANAMMOX菌对水力负荷变化的承受能力小于反硝化细菌。

2.2 pH

pH对废水生物处理过程的影响主要表现在2个方面：（1）pH会影响细胞内的电解质平衡，影响微生物的活性（2）pH影响溶液中基质或抑制物的含量，影响微生物的活性[7]。田文婷等[8]研究表明，当pH控制在7.0～8.5时，厌氧氨氧化菌基本不受到影响。当pH在7.0～8.0时，反硝化菌受影响不大。可知，7.5为耦合反应的最佳pH。

2.3 温度

温度对厌氧氨氧化菌和反硝化菌产生重要影响，杨洋等[9]认为，厌氧氨氧化的最适温度为30～35℃。反硝化菌的适宜温度在20～35℃，不合适的温度可能导致反硝化过程遗传表达的改变，影响底物消耗速率以及反硝化菌的世代时间。因此，厌氧氨氧化与反硝化耦合反应温度应控制在30～35℃ 之间，以发挥其最佳效果。

2.4 C/N

在反硝化系统中，不管从技术角度还是从经济方面考虑，碳氮比都是一个非常重要的参数，有时依赖于外加碳源以实现完全反硝化，导致运行费用的增加，为此要选择一个适当的C/N。

李军等研究表明，随着C/N的增加，反硝化反应将逐渐成为主要反应，厌氧氨氧化反应未受到抑制，当C/N为1：2时耦合脱氮效果最佳。

3 厌氧氨氧化与反硝化耦合研究展望

厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮理论的发现，对生物脱氮新技术的开发具有重要意义。本文综述了有关厌氧氨氧化与反硝化耦合反应机理及环境影响因素等的最新研究进展，虽然厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮理论具有良好的脱氮处理效果，但仍有很多问题都需要进一步的研究：（1）研究厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮反应在何种情况下进行，并且以哪种反应机制进行，运用化学计量学原理进行分析。（2）研究厌氧氨氧化菌和反硝化菌对底物的竞争以及反应产物对它们的抑制，确定其最佳生长条件。

［1］MulderA.,van de GraafA.A.,Robertson L.A.,et al.Anaerobic ammonium oxidation discovered in a denitrifyingfluidized bed reactor[J].FEMSMicrobio.l Eco.l,1995,16：177-184.

［2］孙洪伟,彭永臻,王淑莹,等.厌氧氨氧化生物脱氮技术的演变、机理及研究进展[J].工业用水与废水,2008,39(1)：7-11.

［3］StrousM.,Fuerst J.A.,KramerE.H.M.,et al.Missinglitotroph identified as new planctomycete[J].Nature,1999a,400：446-449.

［4］周少奇.厌氧氨氧化与反硝化协同作用化学计量学分析[J].华南理工大学学报：自然科学版,2006,34(5)：1-4.

［5］周少奇.氨氮厌氧氧化的微生物反应机理[J].华南理工大学学报：自然科学版,2000,28(11)：16-19.

［6］吕绛,周少奇.水力负荷与低温对厌氧氨氧化与反硝化协同反应器的影响[J].化工进展,2010(10).

［7］杨洋,左剑恶,沈平,等.温度、pH和有机物对厌氧氨氧化污泥活性的影响[J].环境科学,2006,27(4)：691-695.

［8］田文婷,李军,等.碳氮比及pH对厌氧氨氧化与反硝化耦合的影响[J].水处理技术,2010,36(9)：45-48.

［9］杨洋,左剑恶,沈平,等.Influence of temperature,pH value and organic substance on activity of anammox sludge[J].环境科学,2006,27(4)：691-695.