厭氧氨氧化與反硝化耦合反應的研究

魏思佳

【摘 要】厭氧氨氧化的發現很大程度上提高了人們對氮循環的理解，厭氧氨氧化為高氨氮廢水的去除帶來很大希望。然而，有機碳源的存在會對該過程產生不利影響。在實際廢水中，會不可避免地存在有機碳及氮。厭氧氨氧化與反硝化耦合反應可實現在單一系統中同時脫氮除碳。由于該工藝為生物脫氮過程，溫度是影響微生物的主要因素，所以溫度及有機物都會對厭氧氨氧化與反硝化耦合反應產生重要影響。本文綜述了有機物及溫度對厭氧氨氧化與反硝化耦合反應的影響，提出了當前研究存在的問題，展望了未來研究的重點。

【關鍵詞】厭氧氨氧化；反硝化；有機物；溫度

0 引言

全球氮循環的研究引發人們極大興趣，因為氮素是微生物及植物所必需的無機營養物質。氮素是細胞體內發現的第四大常見元素。人類活動排放的廢水包含大量含氮化合物，它們以NH4+-N、有機氮、NO2-及NO3-的形式存在，會對水生生物產生毒害作用，消耗溶解氧，引起水體富營養化，影響廢水再利用。廢水中存在的氮化合物可通過一系列方法去除，其中生物脫氮技術被廣泛應用。

厭氧氨氧化可去除進水中的氨氮及亞硝態氮，并產生硝態氮。低溫及有機物會抑制厭氧氨氧化菌的活性[1]。直接應用厭氧氨氧化技術處理含氮含碳廢水存在問題，它需要預先處理有機碳源。在實際生產中，工業廢水水溫通常在5-20℃，因此，探究低溫及有機物對厭氧氨氧化菌及反硝化菌的影響，可為厭氧氨氧化與反硝化耦合反應同時脫氮除碳的發展為提供理論依據。

1 研究進展

厭氧氨氧化是指在厭氧條件下，微生物以NH4+為電子供體，NO2-為電子受體，將NH4+、NO2-轉化為N2的生物氧化過程。與傳統生物脫氮工藝相比，厭氧氨氧化技術具有能耗低、無需外加碳源、產泥量少等優點。然而，由于NO3-的產生，使出水總氮濃度不達標。在實際廢水處理中，常常含有有機污染物，而其可成為反硝化反應的電子供體，厭氧氨氧化反應產生的NO3-為電子受體，進行反硝化反應。

因此，厭氧氨氧化與反硝化反應的耦合既可為前者消除有機物的影響，又可為后者的進行提供反應基質，不僅可以去除有機物，還提高了總氮去除率。

1.1 有機物

目前，學者對厭氧氨氧化與反硝化耦合反應的研究認為，有機物濃度會影響厭氧氨氧化菌脫氮[2]。Dapena-Mora[3]等研究認為50mM的乙酸鹽會抑制70%的厭氧氨氧化菌的活性；You[1]等研究發現0.5mM的甲醇會導致厭氧氨氧化菌立即完全失活；當COD負荷增加時，雖然厭氧氨氧化菌的活性降低，但反硝化菌的活性增強[4]，這是因為當存在足夠的有機物時，由于厭氧氨氧化菌與反硝化菌的生長比率不同，反硝化菌會在競爭中占據優勢[5]。Chen等[6]通過PCR技術也驗證了當COD濃度為400mg/L時，厭氧氨氧化菌的數量會減少而反硝化菌的數量會增多。

1.2 溫度

厭氧氨氧化與反硝化反應對溫度變化的反應不同。厭氧氨氧化菌的最適生長溫度為30-40℃[7]，其對溫度變化比較敏感，溫度從32℃下降到17℃后，反應器內的厭氧氨氧化活性受到顯著抑制[8]。溫度對反硝化作用的影響比其它廢水生物處理過程的影響要大，其適宜的溫度范圍為15-35℃，低于10℃時反硝化速率明顯下降[9]。因此，厭氧氨氧化菌與反硝化菌的活性都會受低溫抑制，但隨溫度升高而增加。

2 結語及展望

在處理含氮含碳廢水時，應用厭氧氨氧化與反硝化耦合反應不僅在技術上是可行的，在經濟成本上也是合理的。厭氧氨氧化與反硝化耦合脫氮除碳的發展對垃圾滲濾液、制藥廢水等的處理用處很大，其耗能小、經濟成本低。然而，有機物的種類不同對耦合反應的影響存在差異，今后需對具體有機物做具體分析，會使生物脫氮工藝在實際應用中前景更廣闊。

【參考文獻】

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[責任編輯：王楠]