厌氧氨氧化技术及其在废水脱氮领域的应用

第４１卷第５期２０１２年５月

辽宁化工

ＬｉａｏｎｉｎｇＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ

Ｖ０１．４ｉ，Ｎｏ．５

Ｍａｙ，２０１２

厌氧氨氧化技术及其在废水脱氮领域的应用

雷秉亚１，张晓宁１（１．山西省城乡规划设计研究院市政建筑设计所，山西太原０３０００１；２，刘洪涛２

２．沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁沈阳１１０１６９）

摘要：介绍了厌氧氨氧化技术的发展历程及反应机理，总结了厌氧氨氧化反应的影响因素，分析了厌氧氨氧化技术的特性，并探讨了该技术在水处理领域的应用及发展趋势。

关键词：ＡＮＡＭＭＯＸ技术；影响因素；技术特点；发展趋势

中图分类号：Ｘ７０３文献标识码：Ａ文章编号：１００４—０９３５（２０１２）０５—０４９１—０４

厌氧氨氧化（ａｎａｅｒｏｂｉｃａｍｍｏｎｉａｏｘｉｄａｔｉｏｎ，ＡＮＡＭＭＯＸ）技术突破了传统硝化一反硝化生物脱氮的基本理论，为废水生物脱氮提供了一条新的思路，特别是为低碳氮比废水提供了一条简洁经济的脱氮途径，因此而成为国内外研究的热点技术之——。

ｌＡＮＡＭＭＯＸ的发现

厌氧氨氧化现象的发现较早，早在１９３２年，Ａｌｌｇｅｉｅｒ等川就报道了在美国Ｍｅｎｄｏｔａ湖的低质发酵过程中，由未知的机理产生了氮气，但机理不明。１９６５年，Ｋｏｙａｍａ圆报道了在日本的Ｋｉｚａｋｉｋｏ湖发现氨氮直接发酵为氮气的现象。１９７７年，Ｂｒｏｄａ嘲根据反应的自由能计算，提出自然界应该存在反硝化氨氧化菌的假设，预言了自然界中存在两种尚未发现的矿质营养菌，其中之一为以氧或亚硝酸盐或硝酸盐为电子受体，把氨氮转化为氮气的自养菌，但此推论一直未进一步得到的事实证明。

直到１９９５年，Ｍｕｌｄｅｒ和ＶａｎｄｅＧｒａａｆ等ｈ５】｛正实了Ｂｒｏｄａ的预言，他们在荷兰Ｄｅｌｆｔ技术大学用一个中试规模的反硝化流化床反应器处理高氨废水时，发现反应器内除了反硝化作用下各反应物的正常消失之外，ＮＨ４＋一Ｎ和Ｎ０３－－Ｎ也同时消失，并伴随有Ｎ：的产生。而随后的试验研究进一步表明ＡＮＡＭＭＯＸ反应是一个生物过程，根据氮素平衡及氧化还原平衡理论认为反应的方程式应为：

３Ｎ０－３＋ＮＨ＋４—÷４Ｎ２＋９Ｈ２０＋２Ｈ＋，△６－ｏ一２９７ｋＪ／ｍｏｌ

１９９７年，ＶａｎｄｅＧｒａａｆ等扣１通过Ｎ”示踪对ＡＮＡＭＭＯＸ机理进行了试验研究，提出了ＡＮＡＭＭＯＸ反应可能的代谢途径，并指出在氨被微生物氧化的过程中最有可能作为电子受体的物质是羟胺，而羟胺本身则由亚硝酸盐分解而来，即厌氧氨氧化的电子受体是Ｎ０２ＬＮ而非Ｎ０３－－Ｎ，其反应方程式应为：

ＮＯ－２＋ＮＨ＋４—｝Ｎ２＋２Ｈ２０．ＡＧ。一３５８ｋＪ／ｍｏｌ

１９９８年，Ｓｔｒｏｕｓ等口３基于物料平衡原理，确立了ＡＮＡＭＭＯＸ反应的化学计量关系，将ＡＮＡＭＭＯＸ过程中ＮＨ４＋－Ｎ消耗量、ＮＯ：－－Ｎ消耗量以及ＮＯｆ－Ｎ产量之间的比例确定为１：１．３２：０．２６，并计算出ＡＮＡＭＭＯＸ菌的最大生长率为（０．００２７±０．０００５）ｈ～，世代时间为１１ｄ。此后厌氧氨氧化在污水处理领域的应用逐步得到重视，相关的研究也１３益增多。

迄今，厌氧氨氧化在自然界的存在已被广泛证实，从世界各地的污水处理厂到北极冰盖，多种多样的生态系统中都发现了ＡＮＡＭＭＯＸ菌的存在，这充分说明了ＡＮＡＭＭＯＸ菌存在的广泛性。

２ＡＮＡＭＭＯＸ反应机理

ＡＮＡＭＭＯＸ是指以Ｎ０２－－Ｎ为电子受体，将ＮＨ４＋－Ｎ氧化为氮气，或者是以ＮＨ４＋－Ｎ为电子供体，将Ｎ０２－－Ｎ还原为氮气的生物反应。厌氧氨氧化反应机理的研究是一个逐步深入的过程，至今尚无定论。国内外学者对ＡＮＡＭＭＯＸ反应机理的研究主要集中在３个方面：反应过程中氮素转化途径、反应进程中主要的中间产物和参与反应的酶。

ＶａｎｄｅＧｒａａｆ等ｐ１于１９９７年１５Ｎ示踪试验的基础上提出了ＡＮＡＭＭＯＸ反应可能的代谢途径，如图１。

基金项目：住宅和城乡建设部科技攻关项目，项目号：２０１１一Ｋ７—８

收稿日期：２０１２－０３一０７

作者简介：雷秉亚（１９７２一），男，工程师，山西朔州人，ｉ９９４年毕业于河北煤炭建筑工程学院热能与环境工程系，研究方向为污水处理技术研究与工程设计。Ｅ－ｍａｉｌ：１３９９４２３１６７０＠ｉ６３．ｃｏｍ。

通讯作者：刘洪涛（ｉ９８７一），男，硕士研究生在读，研究方向为水污染控制理论与技术。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｈｏｎｇｔａｏｌｌ２１＠１６３．ｃｏｍ。

４９２辽宁化工２０１２年５月其中，（１）为氨被羟氨氧化形成联胺的过程；（２）

（３）（４）为联胺转化为氮气并产生自由电子的过

程，产生的自由电子用于还原亚硝态氮，从而产生

更多的羟氨；（５）为亚硝态氮被氧化成硝态氮的过

程，该过程产生的自由电子用于细菌自身细胞的生

长刚。

ＮＨ，（４）（５）

Ｎ０２—————＋Ｎ０３

图１基于同位素示踪推断的ＡＮＡＭＭＯＸ氮素转化途径Ｓｔｒｏｕｓ掣州于１９９９年提出厌氧氨氧化过程的反应方程式如下式所示。

ＮＨ＋４＋１．３２ＮＯ－２＋０．０６６ＨＣ０—３＋０．１３Ｈ＋

—｝１．０２Ｎ２＋０．０６６ＣＨ２００５Ｎｏｌ５＋２．０３Ｈ２０随着研究的不断深入，Ｋｕｅｎｅｎ等””于２００１年在ＶａｎｄｅＧｒａａｆ理论基础上提出了Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ“Ｂｒｏｃａｄｉａａｎａｍｍｏｘｉｄａｎｓ”的厌氧氨氧化机理，认为在亚硝酸盐还原酶、联胺水解酶、羟氨氧化还原酶的作用下，有如下生化反应发生：

ＮＯ一２＋５Ｈ＋＋４ｅ—｝ＮＨ２０Ｈ＋Ｈ２０

ＮＨ＋４＋ＮＨ２０Ｈ—｝Ｎ２Ｈ４＋Ｈ２０＋Ｈ＋

Ｎ２Ｈ４—＇Ｎ２＋４Ｈ＋＋４ｅ

３ＡＮＡＭＭＯＸ反应的影响因素

３．１温度

温度是影响微生物生化反应酶活性的重要环境因素之一，不同微生物都有自己的最适温度范围，超过这一范围其活性就会受到抑制，甚至失去酶活性。ＡＮＡＭＭＯＸ菌的最适温度较高，通常认为在３０。４０℃范围内”孙。

３．２ｐＨ值

在一定的ｐＨ值条件下，反应器内的ＮＨ４＋和ＮＯｒ存在着解离平衡，而其解离产物游离氨ＦＡ和游离亚硝酸ＦＮＡ对ＡＮＡＭＭＯＸ菌有抑制作用，因此，厌氧氨氧化反应器内的ｐＨ值对反应的顺利进行有较大的影响，郑平“３根据基质反应速率和氢离子浓度的关系计算出ＡＮＡＭＭＯＸ反应的理论最佳Ｈ＋浓度为２４．７１２ｎｍｏｌ／Ｌ，从而认为反应的最佳ｐＨ值为７．６０７，其他学者也以试验的方式确定ＡＮＡＭＭＯＸ反应的最适ｐＨ值范围为６．７～８．３”４１。３．３ＤＯ浓度

ＡＮＡＭＭＯＸ菌是专性厌氧菌，ＤＯ的存在会对其活性产生明显的抑制作用，即使是微氧环境中ＡＮＡＭＭＯＸ菌的活性也会被完全抑制，但相关研究表明这种抑制作用具有可逆性，当环境中ＤＯ浓度降低到０．２斗ｍｌ／Ｌ后ＡＮＡＭＭＯＸ菌的活性可以恢复”５１。试验研究中常采用反应器或进水脱氧的方式保证低的ＤＯ水平，而在实际工程中，反应系统微生物具有多样性，通常存在一定数量的好氧氨氧化菌，消耗量反应器内不可避免的ＤＯ，从 …… 此处隐藏：6063字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……