許昭昭

（青島大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院〈環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院〉，山東 青島266071）

厭氧氨氧化反應(yīng)(ANAMMOX)是缺氧的條件下，以亞硝氮(NO2--N)為電子受體，將氨(NH4+-N)氧化為氮?dú)?N2)的過程[1]。與傳統(tǒng)的硝化和反硝化反應(yīng)相比，厭氧氨氧化反應(yīng)具有需氧量低、不需要外加碳源、脫氮效率高的優(yōu)點(diǎn)[2]。近年來，厭氧氨氧化已經(jīng)成為國內(nèi)外研究開發(fā)的熱點(diǎn)[3]。本試驗(yàn)室也對厭氧氨氧化反應(yīng)器啟動、穩(wěn)定運(yùn)行工況等方面進(jìn)行了大量的研究工作。然而，上述研究大多未能考慮有機(jī)污染物的影響因素。在有機(jī)環(huán)境下，反應(yīng)器系統(tǒng)中可能同時(shí)存在厭氧氨氧化與反硝化兩種主要的厭氧脫氮反應(yīng)[4]。因此，如能在同一反應(yīng)器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化與反硝化脫氮的協(xié)同作用，則對生物脫氮技術(shù)的開發(fā)具有重要的意義。

1 厭氧氨氧化與反硝化耦合原理

在有機(jī)環(huán)境下，可能同時(shí)存在氧氨氧化與反硝化兩種厭氧脫氮反應(yīng)。周少奇[4-5]討論了有機(jī)環(huán)境下同一反應(yīng)器中厭氧氨氧化與反硝化的協(xié)同作用，推導(dǎo)了厭氧氨氧化的電子計(jì)量學(xué)方程式，以及有機(jī)環(huán)境下以葡萄糖為有機(jī)碳源時(shí)反硝化脫氮的電子計(jì)量學(xué)方程式。有機(jī)環(huán)境下ANAMMOX過程的計(jì)量方程式：

式中：fs為電子供體用于細(xì)胞合成的分子量。

由式 （1）可知，以NH4+為電子供體、以NO2-為電子受體的ANAMMOX反應(yīng)需要以CO2為碳源，會產(chǎn)生一定量的NO3-，由于反應(yīng)需要消耗H+，所以會引起pH升高。

反硝化反應(yīng)的計(jì)量學(xué)方程式：

可見，反硝化反應(yīng)消耗COD和CO2，可為ANAMMOX提供無機(jī)碳源，實(shí)現(xiàn)協(xié)同作用。

2 厭氧氨氧化與反硝化耦合影響因素

2.1 水力負(fù)荷

呂絳等研究表明水力負(fù)荷會對ANAMMOX與反硝化協(xié)同脫氮反應(yīng)器的運(yùn)行性能造成較大影響[6]。隨著水力負(fù)荷的增加氨氮、亞硝氮和COD的平均去除率均出現(xiàn)明顯的下降，然而通過再次降低進(jìn)水負(fù)荷，平均去除率大幅度回升。證明協(xié)同反應(yīng)器對進(jìn)水負(fù)荷的變化具有較強(qiáng)的抵抗能力。同時(shí)伴隨著水力負(fù)荷的增大，氨氮在各階段去除率的下降幅度明顯大于亞硝氮與 COD，表明反應(yīng)器中 ANAMMOX菌對水力負(fù)荷變化的承受能力小于反硝化細(xì)菌。

2.2 pH

pH對廢水生物處理過程的影響主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：（1）pH會影響細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)平衡，影響微生物的活性（2）pH影響溶液中基質(zhì)或抑制物的含量，影響微生物的活性[7]。田文婷等[8]研究表明，當(dāng)pH控制在7.0～8.5時(shí)，厭氧氨氧化菌基本不受到影響。當(dāng)pH在7.0～8.0時(shí)，反硝化菌受影響不大?？芍?，7.5為耦合反應(yīng)的最佳pH。

2.3 溫度

溫度對厭氧氨氧化菌和反硝化菌產(chǎn)生重要影響，楊洋等[9]認(rèn)為，厭氧氨氧化的最適溫度為30～35℃。反硝化菌的適宜溫度在20～35℃，不合適的溫度可能導(dǎo)致反硝化過程遺傳表達(dá)的改變，影響底物消耗速率以及反硝化菌的世代時(shí)間。因此，厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)溫度應(yīng)控制在30～35℃ 之間，以發(fā)揮其最佳效果。

2.4 C/N

在反硝化系統(tǒng)中，不管從技術(shù)角度還是從經(jīng)濟(jì)方面考慮，碳氮比都是一個(gè)非常重要的參數(shù)，有時(shí)依賴于外加碳源以實(shí)現(xiàn)完全反硝化，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用的增加，為此要選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)腃/N。

李軍等研究表明，隨著C/N的增加，反硝化反應(yīng)將逐漸成為主要反應(yīng)，厭氧氨氧化反應(yīng)未受到抑制，當(dāng)C/N為1：2時(shí)耦合脫氮效果最佳。

3 厭氧氨氧化與反硝化耦合研究展望

厭氧氨氧化與反硝化協(xié)同脫氮理論的發(fā)現(xiàn)，對生物脫氮新技術(shù)的開發(fā)具有重要意義。本文綜述了有關(guān)厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)機(jī)理及環(huán)境影響因素等的最新研究進(jìn)展，雖然厭氧氨氧化與反硝化協(xié)同脫氮理論具有良好的脫氮處理效果，但仍有很多問題都需要進(jìn)一步的研究：（1）研究厭氧氨氧化與反硝化協(xié)同脫氮反應(yīng)在何種情況下進(jìn)行，并且以哪種反應(yīng)機(jī)制進(jìn)行，運(yùn)用化學(xué)計(jì)量學(xué)原理進(jìn)行分析。（2）研究厭氧氨氧化菌和反硝化菌對底物的競爭以及反應(yīng)產(chǎn)物對它們的抑制，確定其最佳生長條件。

［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］孫洪偉,彭永臻,王淑瑩,等.厭氧氨氧化生物脫氮技術(shù)的演變、機(jī)理及研究進(jìn)展[J].工業(yè)用水與廢水,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.厭氧氨氧化與反硝化協(xié)同作用化學(xué)計(jì)量學(xué)分析[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2006,34(5)：1-4.

［5］周少奇.氨氮厭氧氧化的微生物反應(yīng)機(jī)理[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2000,28(11)：16-19.

［6］呂絳,周少奇.水力負(fù)荷與低溫對厭氧氨氧化與反硝化協(xié)同反應(yīng)器的影響[J].化工進(jìn)展,2010(10).

［7］楊洋,左劍惡,沈平,等.溫度、pH和有機(jī)物對厭氧氨氧化污泥活性的影響[J].環(huán)境科學(xué),2006,27(4)：691-695.

［8］田文婷,李軍,等.碳氮比及pH對厭氧氨氧化與反硝化耦合的影響[J].水處理技術(shù),2010,36(9)：45-48.

［9］楊洋,左劍惡,沈平,等.Influence of temperature,pH value and organic substance on activity of anammox sludge[J].環(huán)境科學(xué),2006,27(4)：691-695.