厌氧氨氧化菌的富集及其与反硝化菌协同脱氮研究

1 绪论 (1)

1.1 水体氮素污染的危害 (1)

1.2 氮的控制要求 (1)

1.3 传统生物脱氮技术 (1)

1.4 新型生物脱氮技术 (2)

1.4.1 亚硝化-反硝化工艺 (2)

1.4.2 同步硝化-反硝化工艺（SND） (3)

1.4.3 厌氧氨氧化工艺（ANAMMOX） (3)

1.5 厌氧氨氧化反应机理及特性 (3)

1.5.1 厌氧氨氧化反应机理 (4)

1.5.2 厌氧氨氧化菌特性 (5)

1.5.3 厌氧氨氧化反应影响因素 (6)

1.5.4 厌氧氨氧化组合工艺 (9)

1.6 反硝化菌与厌氧氨氧化菌联合脱氮 (10)

1.7 论文研究目的与意义 (12)

1.8 本论文主要研究内容 (13)

2 低碳氮比污水反硝化过程中亚硝酸盐累积特性研究 (15)

2.1 材料与方法 (15)

2.1.1 实验装置 (15)

2.1.2 实验用水 (15)

2.1.3 实验方法 (16)

2.1.4 测试分析项目与方法 (17)

2.1.5 主要仪器 (17)

2.2 实验结果 (17)

2.2.1 活性污泥中反硝化菌的富集 (17)

2.2.2 反硝化过程中亚硝酸盐累积特性 (18)

2.3 讨论 (22)

2.3.1 反硝化过程最大比硝酸盐还原速率 (22)

2.3.2 反硝化过程最大比亚硝酸盐累积速率 (22)

2.3.3 亚硝酸盐最大累积率 (23)

2.3.4 反硝化过程CODCr去除特性 (24)

2.3.5 反硝化过程pH值变化特性 (25)

2.3.6 反硝化过程亚硝酸盐累积原因分析 (26)

2.4 本章小结 (26)

3 厌氧氨氧化菌富集培养过程研究 (29)

3.1 材料与方法 (29)

3.1.1 实验装置 (29)

3.1.2 实验用水 (29)

3.1.3 接种污泥 (29)

3.1.4 实验方法 (30)

3.1.5 分析测试项目与方法 (30)

3.2 厌氧氨氧化菌的富集 (31)

3.2.1R1反应器厌氧氨氧化菌的富集 (31)

3.2.2R2反应器厌氧氨氧化菌的富集 (34)

3.2.3R3反应器厌氧氨氧化菌的富集 (37)

3.2.4 厌氧氨氧化菌富集过程对比分析 (40)

3.3 温度对厌氧氨氧化反应的影响 (42)

3.3.1 不同温度下厌氧氨氧化反应过程 (42)

3.3.2 温度对厌氧氨氧化反应影响分析 (43)

3.4 本章小结 (46)

4 厌氧氨氧化菌与反硝化菌协同脱氮特性研究 (47)

4.1 材料与方法 (47)

4.1.1 实验装置 (47)

4.1.2 实验用水 (47)

4.1.3 实验方法 (48)

4.1.4 分析测试项目与方法 (48)

4.2 实验结果 (49)

4.2.1 厌氧氨氧化和反硝化活性 (49)

4.2.2 厌氧氨氧化菌与反硝化菌协同脱氮性能 (51)

4.3 讨论 (63)

4.4 本章小结 (65)

结论 (67)

参考文献 (69)

致谢 (75)

攻读学位期间发表的学术论文目录 (77)

独创性声明 (79)

青岛科技大学研究生学位论文

1 绪论

1.1 水体氮素污染的危害

氮作为自然界四大元素之一，在生物圈内通过一系列生物化学作用进行迁移和转化维持其自身平衡。随着工农业迅速发展及人们生活质量快速提高，大量的氮素排入生物圈，大大超出了生物圈的负载能力和生物自净能力，导致生物圈氮素循环失衡—大量的中间产物累积，继而形成氮素污染。其中，尤以水体氮素污染最为严重。

水体氮素污染主要由人类活动导致，其排放量大，主要来源有城市污水、工业废水、农业废水等[1]。氮素污染物主要包括有机氮和无机氮。有机氮主要是蛋白质、多肽、氨基酸和尿素等。无机氮主要为氨氮、亚硝态氮和硝态氮。通常，水中的有机氮被微生物分解成无机氮；因此，水体氮素污染中以无机氮危害最大。

水体氮素污染的危害主要有：

（1）水中氮素过多，造成水体富营养化，导致藻类过度繁殖，出现人们常说的赤潮和水华现象。

（2）氮素污染物在氧化过程中消耗水中的溶解氧，导致水中生物缺氧死亡，引起水体恶臭，影响水体美观，破坏其观赏价值。

（3）氮素污染物多具有一定的毒性，在人体内发生一系列生化反应，严重危害人类生命健康。

1.2 氮的控制要求

随着水体污染的加重，世界各国对水体氮素排放要求日益严苛。欧盟规定城镇污水处理厂出水中总氮排放限值为10~15mg/L（年均值）[2]。我国在《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中明确规定氨氮排放浓度不得高于5mg/L（日均值），总氮排放浓度不得高于15mg/L（日均值）[3]。在近年新发布实施的工业行业水污染物排放标准中对氨氮和总氮也提出了严格的排放要求，氨氮排放限值一般为5~10mg/L，总氮排放限值一般为15~25mg/L。

1.3 传统生物脱氮技术

鉴于水中氮素污染危害严重和排放要求的日趋严格，研究人员一直致力于开发新处理工艺和升级现有污水处理系统[4]，以期获得经济、有效的污水脱氮技术。

传统的脱氮技术主要包括物化法和生物法。物化法主要有：电化学法、催化

浅谈厌氧氨氧化及其工艺的研究

浅谈厌氧氨氧化及其工艺的研究摘要厌氧氨氧化工艺是生物脱氮领域里不断发展起来的新工艺。由于厌氧氨氧化生物脱氨技术在经济方面的优势，成为近来研究的热点。目前，我国对该技术的研究主要处于实验室小试阶段，缺少中试及以上规模厌氧氨氧化工程的实际应用。综述列举了厌氧氨氧化工艺的应用及出现的一些问题，从而为该技术更深入的研究奠定了基础，同时对该技术的进一步发展提出了展望。关键词厌氧氨氧化；SHARON／ANAMMOX；OLAND；前景目前，随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，含氮化合物的排放量急剧增加，引起了严重的水体环境污染和水质富营养化问题，许多湖泊水体已不能发挥其正常功能进而影响了工农业和渔业生产。近年来，国内外学者一直在寻找一种低能耗、高效率的新型生物脱氮技术。就目前情况而言，厌氧氨氧化由于是自养的微生物过程、不需要外加碳源以及反硝化、污泥产率低，成为国内外学者研究的热点问题。 1厌氧氨氧化原理厌氧氨氧化反应是由奥地利理论化学家Engelbert Broda在1977年根据反应的自由能计算而提出的。后来在荷兰Delft技术大学一个中试规模的反硝化流化床中发现了ANAMMOX工艺。厌氧氨氧化是指在厌氧或缺氧条件下，微生物直接以NH4+作为电子供体，以NO3-或NO2-作为电子受体，将NH4+、NO3-或NO2-转变成N2的生物氧化过程。反应方程式如下： NH4++0.85O2→0.435N2+0.13N03-+1.3H2O+1.4H+ （1） ANAMMOX工艺在发生反硝化反应时不需外加碳源。因为反应所产生的吉布斯自由能能够维持自养细菌的生长，这一现象是摩德尔等对使用硫化物作电子供体的流化床反应器中自养菌反硝化运行工况进行仔细观测和研究发现的。 1）存在的问题。厌氧氨氧化工艺启动缓慢，世界上第一座生产性装置的启动时间长达3.5年，过长的启动时间是其工程应用的重大障碍。厌氧氨氧化菌为自养菌，以CO2为碳源，无需有机物，因此厌氧氨氧化工艺适于处理C/N值较低的含氮废水。在大多数的实际废水中，有机物往往与氨氮共存，不利于厌氧氨氧化菌的生长。厌氧氨氧化的基质为氨和亚硝酸盐，均具毒性，尤以亚硝酸盐毒性更大。厌氧氨氧化工艺的运行稳定性是其工程应用必须解决的重大难题。 2）解决的方法。研究证明，厌氧氨氧化工艺的启动过程依次呈现菌体自溶、活性迟滞、活性提高和活性稳定等4个阶段。为此可采取如下控制对策：①在菌体自溶阶段，消除接种物中的残留有机物，控制反硝化所致的pH过高；②在活

红菌与厌氧氨氧化菌

红菌与厌氧氨氧化菌摘要：红菌为野生珍贵的食用真菌。食用能增强人体免疫力，有补血养元、抗肿瘤之神功。但红菌的菌丝不能分离，故至今无法进行人工栽培,日见珍贵。而平日人们俗称的“红菌”，其实是厌氧氨氧化菌，成熟的厌氧氨氧化污泥呈现美丽的深红色，所以俗称红菌。厌氧氨氧化菌是一类细菌。它们对全球氮循环具有重要意义，也是污水处理中重要的细菌。关键词：红菌厌氧氨氧化菌微生物污水处理引言：近年来，有关厌氧氨氧化过程这一特殊的生化机制以及微生物类群的研究引起了人们的极大关注，尤其是这类微生物的生态环境可能比人们预想的范围更加广泛。对于这类菌的深入认识将大大促进它们在污水处理工程中的应用。而厌氧氨氧化菌的俗称“红菌”也是一种极其珍贵的食用真菌，其独特疗效使其日渐珍贵。一、红菌 1、红菌简介红菌（属名Rhodobium），又名正红菇、真红菇，长于原始森林中的一种珍稀野生食用菌，其生长条件十分讲究，只有在气温高，雨水多的夏秋季节原始森林中才有生长红菌的可能，除此以外的其它山地便无法长出。主要产在广西省容县浪水乡、藤县一带，尤其在浪水乡、象棋等红菌特别出名。 2、野生红菌成分红菌含高蛋白及丰富的维生素B、D、E，碳水化合物，氨基酸，人体必须的微量元素（铁、锌、硒、锰等）等，红菌的菌丝不能分离，故至今无法进行人工栽培,日见珍贵。红菌身含有5种多糖、16种氨基酸和28种脂肪酸。多糖含量约为2.47%，其中单糖和寡糖占总糖的33.9%，氨基酸含量14.7%，其中人体必需、半必需氨基酸占氨基酸含量的54.4%。 3、红菌个体形态特征红菌菌盖呈扁半球形，中部下凹，深菜红色、紫红色，菌肉白色，汤色粉红。生长环境无污染，夏秋人工采摘、晒干，数量稀少。 4、野生红菌功能红菌为野生珍贵的食用真菌，它具有安神补血，特别适合产妇及贫血者食用，其味较之

【CN110029075A】一种利用活性污泥快速富集厌氧氨氧化菌的培养基及其制备方法与应用【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910207262.8 (22)申请日 2019.03.19 (71)申请人哈尔滨工业大学地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号 (72)发明人邢德峰　房安然　冯堃　李威　 (74)专利代理机构哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司 23211 代理人田鸿儒 (51)Int.Cl. C12N 1/20(2006.01) C02F 3/34(2006.01) C12R 1/01(2006.01) (54)发明名称一种利用活性污泥快速富集厌氧氨氧化菌的培养基及其制备方法与应用 (57)摘要本发明公开了一种利用活性污泥快速富集厌氧氨氧化菌的培养基及其制备方法与应用，涉及水处理技术领域，所述培养基包括氯化铵、亚硝酸钠、氯化钙、硫酸镁、磷酸二氢钾、碳酸氢钾、微量元素母液I、微量元素母液II，还包括活性污泥。本发明改变了传统技术培养基中氨氮和亚硝酸盐氮的浓度比，用本发明的利用活性污泥快速富集厌氧氨氧化菌的培养基配方的60天后，属于厌氧氨氧化细菌的Candidatus Brocadiales的含量已达到整个群落的5％以上。其丰度比富集培养之前含量高出50倍。整个富集过程中氨氮和亚硝酸盐氮去除率均能达到90％以上。权利要求书2页说明书5页附图1页CN 110029075 A 2019.07.19 C N 110029075 A

权　利　要　求　书1/2页CN 110029075 A 1.一种利用活性污泥快速富集厌氧氨氧化菌的培养基，其特征在于：包括氯化铵、亚硝酸钠、氯化钙、硫酸镁、磷酸二氢钾、碳酸氢钾、微量元素母液I、微量元素母液II，还包括活性污泥。 2.根据权利要求1所述的利用活性污泥快速富集厌氧氨氧化菌的培养基，其特征在于：所述污泥为从污水处理厂中取得的二沉池污泥。 3.根据权利要求1所述的利用活性污泥快速富集厌氧氨氧化菌的培养基，其特征在于：所述各组分在活性污泥中的浓度分别为：氯化铵267.5-1605mg/L、亚硝酸钠345-2070mg/L、氯化钙150mg/L、硫酸镁300mg/L、磷酸二氢钾30mg/L、碳酸氢钾1250mg/L、微量元素母液I1.25ml/L、微量元素母液II1.25ml/L。 4.根据权利要求1-3所述的利用活性污泥快速富集厌氧氨氧化菌的培养基，其特征在于：所述微量元素母液I(EDTA 15g/L、硫酸锌0.4g/L、氯化钴0.25g/L、氯化锰1g/L、硫酸铜0.23g/L、硒酸钠0.23g/L、钼酸钠0.25g/L、氯化镍0.17g/L、H3BO4 0.014g/L、钨酸钠0.05g/ L)；微量元素母液II(EDTA6.25g/L、硫酸亚铁6.25g/L)。 5.一种权利要求1-3任一项所述的利用活性污泥快速富集厌氧氨氧化菌的培养基的制备方法，其特征在于：从污水处理厂中取得二沉池污泥，厌氧沉降24-72小时，除去上清液，加入氯化铵、亚硝酸钠、氯化钙、硫酸镁、磷酸二氢钾、碳酸氢钾、微量元素母液I、微量元素母液II，混合均匀。 6.根据权利要求5所述的利用活性污泥快速富集厌氧氨氧化菌的培养基的制备方法，其特征在于：各组分在活性污泥中的浓度分别为：氯化铵26 7.5-1605mg/L、亚硝酸钠345-2070mg/L、氯化钙150mg/L、硫酸镁300mg/L、磷酸二氢钾30mg/L、碳酸氢钾1250mg/L、微量元素母液I1.25ml/L、微量元素母液II1.25ml/L。 7.根据权利要求5或6所述的利用活性污泥快速富集厌氧氨氧化菌的培养基的制备方法，其特征在于：所述微量元素母液I(EDTA 15g/L、硫酸锌0.4g/L、氯化钴0.25g/L、氯化锰1g/L、硫酸铜0.23g/L、硒酸钠0.23g/L、钼酸钠0.25g/L、氯化镍0.17g/L、H3BO40.014g/L、钨酸钠0.05g/L)；微量元素母液II(EDTA6.25g/L、硫酸亚铁6.25g/L)。 8.一种权利要求1-3任一项所述的利用活性污泥快速富集厌氧氨氧化菌的培养基的应用，其特征在于：包括以下步骤：一、将从污水处理厂中取得的活性污泥经过厌氧沉降后，除去上清液后待用；二、测定污泥的MLSS浓度；三、依照MLSS浓度来取用活性污泥固体物的总重量为20g的活性污泥放入连续流厌氧氨氧化反应器；四、配制氯化铵浓度为267.5-1605mg/L、亚硝酸钠浓度为345-2070mg/L的培养基营养液；五、将培养基营养液配制好之后，倒入连续流厌氧氨氧化反应器的进水箱，曝氮气20分钟之后密闭进水箱；六、连续进水进行厌氧氨氧化反，保证反应器连续运行。 9.根据权利要求8所述的利用活性污泥快速富集厌氧氨氧化菌的培养基的应用，其特征在于：步骤一所述厌氧沉降，时间为24-72小时；步骤二所述测定方法为国标法。 10.根据权利要求8所述的利用活性污泥快速富集厌氧氨氧化菌的培养基的应用，其特 2

厌氧氨氧化工艺如何处理污水

厌氧氨氧化工艺如何处理污水 1 引言随着科技的迅速发展，工业化和城市化程度的不断提高，水体富营养化的问题日益严重，使得水资源更加紧张.而氮是引起水体富营养化的主要因素.所以越来越多的国家和地区制定了氮排放标准.因此，研究开发经济、高效的脱氮技术已成为水污染控制工程领域的研究重点. 生物处理法作为19 世纪末废水处理新型技术，与物化处理法相比具有处理费用低，不会对环境造成二次污染等优点.因此，生物处理法至今已成为世界各国污水二、三级处理的主要手段.众所周知氮元素可在相应微生物的作用下转化成各种氧化态和化学形式(目前已知的生物氮循环途径如图 1所示)，因此在污水生物脱氮处理中衍生了大量组合工艺.而厌氧氨氧化过程是目前最捷径的生物脱氮过程，因此被誉为最具前景的污水脱氮工艺.为了更好的将厌氧氨氧化工艺应用到实际规模中，本文着重对厌氧氨氧化菌的发现及其与污水处理中常见细菌的协同与竞争关系进行了详细的综述.旨在为厌氧氨氧化工艺在污水生物处理中的应用提供理论依据，并为今后厌氧氨氧化工艺的研究方向提出一些意见. 图 1 氮循环示意图 2 厌氧氨氧化概述早在1976年，Broda预言在自然界中存在一种以NO-2或NO-3作为电子受体把NH+4氧化成N2的化能自养型细菌.直到1995年，Mulder等处理酵母废水的反硝化流化床反应器内发现了NH+4消失的现象，从而证实了厌氧氨氧化反应的存在. 厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation，Anammox)是在缺氧条件下以亚硝酸盐(NO-2)为电子受体将氨(NH+4)转化成氮气(N2)，同时伴随着以亚硝酸盐为电子供体固定CO2并产生硝酸盐(NO-3)的生物过程.执行该过程的微生物称之为厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonium oxidation bacteria，AAOB)，其化学计量学方程式如下： 1NH+4+1.32NO-2+0.066HCO-3+0.13H+→ 1.02N2+0.26NO-3+0.066CH2O0.5N0.15+ 2.03H2O

厌氧氨氧化(ANAMMOX)和全程自养脱氮(CANON)

厌氧氨氧化（ANAMMOX）和全程自养脱氮(CANON) 【格林大讲堂】厌氧氨氧化是指在厌氧条件下氨氮以亚硝酸盐为电子受体直接被氧化成氮气的过程。厌氧氨氧化（Anaerobicammoniaoxidation，简称ANAMMOX）是指在厌氧条件下，以Planctomycetalessp为代表的微生物直接以NH4+为电子供体，以NO2-或NO3-为电子受体，将NH4+、NO2-或NO3-转变成N2的生物氧化过程。武汉格林环保有完善的服务体系和配套的专业环境工程团队，秉着崇高的环保责任和义务长期维护提供免费的污水处理解决方案，是湖北省工业废水运营管理行业中的品牌。18年来公司设计并施工了上百个交钥匙式的污水处理工程。该过程利用独特的生物机体以硝酸盐作为电子供体把氨氮转化为N2，最大限度的实现了N的循环厌氧硝化，这种耦合的过程对于从厌氧硝化的废水中脱氮具有很好的前景，对于高氨氮低COD的污水由于硝酸盐的部分氧化，大大节省了能源。目前推测厌氧氨氧化有多种途径。其中一种是羟氨和亚硝酸盐生成N2O的反应，而N2O可以进一步转化为氮气，氨被氧化为羟氨。另一种是氨和羟氨反应生成联氨，联氨被转化成氮气并生成4个还原性[H]，还原性[H]被传递到亚硝酸还原系统形成羟氨。第三种是：一方面亚硝酸被还原为NO，NO被还原为N2O，N2O再被还原成N2；另一方面，NH4+被氧化为NH2OH，

NH2OH经N2H4，N2H2被转化为N2。厌氧氨氧化工艺的优点：可以大幅度地降低硝化反应的充氧能耗；免去反硝化反应的外源电子供体；可节省传统硝化反硝化反应过程中所需的中和试剂；产生的污泥量极少。厌氧氨氧化的不足之处是：到目前为止，厌氧氨氧化的反应机理、参与菌种和各项操作参数不明确。全程自养脱氮的全过程实在一个反应器中完成，其机理尚不清楚。Hippen等人发现在限制溶解氧（DO浓度为0.8·1.0mg/l）和不加有机碳源的情况下，有超过60%的氨氮转化成N2而得以去除。同时通过实验证明在低DO浓度下，细菌以亚硝酸根离子为电子受体，以铵根离子为电子供体，最终产物为氮气。有实验用荧光原位杂交技术监测全程自养脱氮反应器中的微生物，发现在反应器处于稳定阶段时即使在限制曝气的情况下，反应器中任然存在有活性的厌氧氨氧化菌，不存在硝化菌。有85%的氨氮转化为氮气。鉴于以上理论，全程自养脱氮可能包括两步第一是将部分氨氮氧化为烟硝酸盐，第二是厌氧氨氧化。

厌氧氨氧化反应器资料总结

厌氧氨氧化的反应器一、全球运行的厌氧氨氧化的工程实例表1-2 全球运行的厌氧氨氧化工程实例 Table 1-2 Application of ANAMMOX in the world SHARON-ANAMMOX工艺由荷兰TU Delft大学研究开发，该工艺流程分成两段，第一段是在好氧反应器中将一半的NH4+转化为NO2-，第二段是在厌氧反应器中将剩余的NH4+和NO2-一起直接转化为N2。

图1-7短程硝化与厌氧氨氧化结合工艺流程 Figure1-7The combined SHARON-ANAMMOX process 二、SHARON-ANNOMMOX工艺反应器资料 AN A MM OX的生化反应式为: 因此AN A MM OX反应器进水要求有氨氮和亚硝氮且比例最好为1:1。而S H AR ON工艺的生化反应式为： SHARON（短程反硝化）反应装置 SHARON常用SBR、CSTR反应装置

SHARON（短程反硝化）反应条件控制（1）当溶解氧(DO)浓度在1.1-1.5mg/L、氨氮负荷0.029kgNH4+--N/KgVSS.d 和PH 值在7.3-7.8时，可以使亚硝酸盐得到稳定积累，出水亚硝态/总硝态氮大于90%，出水NO2--N/NH4+-N接近1.0，满足厌氧氨氧化的进水要求。（2）实现短程硝化的关键是在硝化阶段实现NO2--N的积累，国内外的研究都是着眼于积累NO2--N的控制条件。根据国内外文献报道，SHARON工艺的操作温度以30~35℃为宜，pH适应控制在7.4~8.3之间，溶解氧浓度己控制在1.0~1.5mg/L范围，供氧方式可采用间歇曝气。基质中游离氨浓度调控在5~10mg/L范围内有利于实现短程硝化，污泥(以VSS计)氨负荷为 0.02~1.67kg/(kg·d)，泥龄在1~2.5天。（3）大量国内外试验表明，在废水温度较高、Do较低条件下，利用亚硝酸菌和硝酸菌的不同生长速度，通过控制水力停留时间，将生长速率较慢的硝酸菌冲走，使亚硝酸菌大量积累，可以使短程反硝化成功运行。 ANNOMMOX反应器

厌氧氨氧化菌特性及其在生物脱氮中的应用_祖波

厌氧氨氧化菌特性及其在生物脱氮中的应用 *祖　波1　张代钧1,2**　白玉华1 (重庆大学环境科学系　重庆　400030)1 (重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点试验室　重庆　400030)2 *国家自然科学基金资助(No .50378094) 教育部优秀青年教师基金项目(No .教人司[2003]355号) **通讯作者　Tel /Fax :86-023-********,E -mail :dzhang @cqu .edu .cn 收稿日期:2005-05-09,修回日期:2005-07-11 摘要:在无分子氧环境中,同时存在NH +4和NO -2时,NH +4作为反硝化的无机电子供体, NO -2作为电子受体,生成氮气,这一过程称为厌氧氨氧化。目前已经发现了3种厌氧氨氧化菌(B rocad i a ana mm oxidan s ,K uenenia st u tt gartiensis ,Sca li ndua s or ok i n ii );对厌氧氨氧化菌的细胞色素、营养物质、抑制物、结构特征和生化反应机理的研究表明,厌氧氨氧化菌具有多种代谢能力。基于部分硝化至亚硝酸盐,然后与氨一起厌氧氨氧化,以及厌氧氨氧化菌与好氧氨氧化菌或甲烷菌的协同耦合作用,提出了几种生物脱氮的新工艺(ANAM -M OX 、SHA RON -ANAMM OX 、CANON 和甲烷化与厌氧氨氧化耦合工艺)。关键词:厌氧氨氧化菌,ANAMM OX ,CANON ,S HARON -ANAMM OX 中图分类号:X 703 文献标识码:A 文章编号:0253-2654(2006)01-0149-05 The Character and App lication of Ana mm ox Bat er i a i n W aste wat er B i ot reat m ent *ZU Bo 1　ZHANG Dai -Jun 1,2**　B A IYu -H ua 1 (D e part m en t ofE nvir on m en t a lS cience ,Cho ngq i ng Un iver sity ,Cho ngqi ng 400030) 1(Key Lab or a t or y fo r t he E xp l oit a tio n ofS o u t h wester n R es o urce ＆the Envi r on men t a lD is asterCon t r o l Eng i neering ,M i n istr y of Educati o n ,Chongqi ng 400030)2Ab stract :An aerob i c amm on i u m oxi dati on i s a ne w p roces s in w h i ch a mm on i u m is oxidized w ith n itrit e as t h e e - l ectron accep t or under anox i c cond iti ons ,prod u ci ng d i n itrogen gas .Th ree ana mm ox b act eria (B r o cad i a ana m - m oxi da n s ,Kuene n i a st u tt gartie n sis ,Sca li ndua s o ro ki n ii )have been f ound recentl y .Th e investigation on cyto -ch ro m e s pectra ,nu triti on ,i nhibit ors ,cell struct u res and b i oche m istry reacti on m echan is m s i n ana mm ox bact eri - a i nd icat ed t hat ana mmox bacteria had t he poten ti a l of d i verse me t abo l ic t ypes .Several novelm i cro b ial n itrogen re m ovalp rocess esh ave been devel op ed (ANA MMOX process 、S HARON -ANAMMOX p rocess 、CANON p rocess an d i n t egrati on ofm ethanogenesisw it h anaer obic a mmon i u m oxi dation ). K ey words :Ana mmox bact eri a ,ANAMMOX ,CANON ,S HAR ON -ANA MMOX 1977年B roda 指出,化能自养细菌能以NO -3、CO 2和NO -2作为氧化剂把NH +4氧化为N 2。推测自然界可能存在以NO -2为电子受体的厌氧氨氧化反应[1]。后来有研究发现氨氧化菌N itroso m onas europaea 和N itr os omonas e u tropha 能同时硝化与反硝化,利用NH 2OH 还原NO -2或NO 2,或者在缺氧条件下利用NH +4作为电子供体,把NH +4转化为N 2。在利用NO 2为电子受体时,其厌氧氨氧化的最大速率(以单位蛋白质计)约为2nm ol /(m in m g )。然而在反硝化的小试实验中发现了一种特殊自养菌的优势微生物群体,它以NO -2为电子受体,最大比氨氧化速率(以单位蛋白质计)为55nmo l /(m i n m g )。

海洋氮循环中细菌的厌氧氨氧化_洪义国

Mini -Review 小型综述微生物学报Acta Micro biologica Sinica 49(3):281-286;4M arch 2009ISSN 0001-6209;CN 11-1995 Q http : journals .im .ac .cn actamicrocn 基金项目:国家自然科学基金(30800032);广东省自然科学基金(84510301001692);中科院院长专项启动基金(07Y Q091001) ＊通信作者。Tel :+86-20-89023345;E -mai :jdgu @hkucc .hku .hk 作者简介:洪义国(1974-),内蒙赤峰人,博士,主要从事海洋环境与分子微生物学的研究。E -mail :yghong @scsio .ac .cn 收稿日期:2008-09-30;修回日期:2008-12-08 海洋氮循环中细菌的厌氧氨氧化洪义国1,李猛2,顾继东 1,2＊ (1中国科学院南海海洋研究所,中国科学院热带海洋环境动力学重点实验室,广州510301) (2香港大学生物科学学院,香港) 摘要:细菌厌氧氨氧化过程是在一类特殊细菌的厌氧氨氧化体内完成的以氨作为电子供体硝酸盐作为电子受体的一种新型脱氮反应。厌氧氨氧化菌的发现,改变人们对传统氮的生物地球化学循环的认识:反硝化细菌并不是大气中氮气产生的唯一生物类群。而且越来越多的证据表明,细菌厌氧氨氧化与全球的氮物质循环密切相关,估计海洋细菌的厌氧氨氧化过程占到全球海洋氮气产生的一半左右。由于氮与碳的循环密切相关,因此可以推测,细菌的厌氧氨氧化会影响大气中的二氧化碳浓度,从而对全球气候变化产生重要影响。另外,由于细菌厌氧氨氧化菌实现了氨氮的短程转化,缩短了氮素的转化过程,因此为开发更节约能源、更符合可持续发展要求的废水脱氮新技术提供了生物学基础。关键词:厌氧氨氧化(Ana mmox )细菌;海洋氮循环;厌氧氨氧化体中图分类号:Q938.1 文献标识码:A 文章编号:0001-6209(2009)03-0281-06 氮是生命活动必需的元素,是组成蛋白质、核酸等生物大分子以及氨基酸、维生素等小分子化合物的重要成分。氮通过在自然界中的不断循环,维持着整个生物圈的生态平衡和物种的不断进化。通过科学家们大量的长期的研究,目前对氮的生物地球化学循环有了基本的了解 [1] 。传统的观点认为,大气中的氮气主要来源于微生物的硝化(Nitrification )和反硝化作用(Denitrification ),氨(NH 3)只能在有氧条件下才能被氧化成亚硝氮(NO -2)或硝氮(NO - 3),NO -2或NO -3再被还原成氮气(N 2)释放。近年来,微生物家发现了在厌氧条件下微生物能够以NO -2 作为电子受体将NH 3氧化成N 2的过程,而且认识到这一过程在自然界的氮循环中可能发挥极其重要的作用。这一发现改变人们对传统氮的生物地球化学循环的认识,近十年来在这一领域取得了很多突破性进展。 1　厌氧氨氧化的发现缘于偶然长期以来,NH + 4的氧化一直被认为是在绝对有氧条件下进行的。1977年,Broda 根据热力学反应自由能计算和生物进化关系的分析,推测自然界中可能存在化能自养微生物将NH + 4氧化成N 2,但一直没有找到实验证据 [2] 。在上个世纪90年代,在荷兰Delft 一个酵母厂的污水脱氮流化床反应器中,工人们发现了一个奇怪的现象,反应器中有NH + 4消失,且随NH + 4和NO - 3的消耗,有N 2生成。这一发现与原来认为的只有在有氧条件下才能去除NH + 4 的认识相违背。Delft 大学的微生物学家Gijs Kuenen 对这一现象进行详细研究,Kuenen 认为这一神秘的现象一定是由一种特殊的微生物作用完成的,而且这种微生物的发现可能为废水处理提供新的方法。如果这种微生物广泛分布在自然界中,那么这种代 DOI :10.13343/j .cn ki .wsxb .2009.03.009

厌氧氨氧化菌的介绍

厌氧氨氧化菌的介绍厌氧氨氧化菌参与厌氧氨氧化过程的细菌称为厌氧氨氧化菌。一般认为厌氧氨氧化菌是自养细菌，以二氧化碳或碳酸盐作为碳源，以铵盐作为电子供体，以亚硝酸盐/硝酸盐作为电子受体厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonium oxidation, Anammox)是一类细菌，属于浮霉菌门，“红菌”是业内对厌氧氨氧化菌的俗称，通过生物化学反应，它们可以将污水中所含有的氨氮转化为氮气去除。它们对全球氮循环具有重要意义，也是污水处理中重要的细菌。厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation, Anammox)菌为自养型细菌，可在缺氧条件下以氨为电子供体，亚硝酸盐为电子受体，产生N2。已发现的厌氧氨氧化菌均属于浮霉状菌目（Planctomycetales）的厌氧氨氧化菌科（Anammoxaceae），共 6 个属，分别为Candidatus Brocadia、Candidatus Kuenenia、Candidatus Anammoxoglobus、CandidatusJettenia、Candidatus Anammoximicrobium moscowii 及Candidatus Scalindua。其中，Candidatus Scalindua 发现于海洋次氧化层区域，称之为海洋厌氧氨氧化菌，其余5 个属均发现于污水处理系统中，称之为淡水厌氧氨氧化菌。厌氧氨氧化细菌对全球氮循环具有重要意义，也是污水处理中重要的细菌。厌氧氨氧化菌特性在厌氧氨氧化过程中，羟胺和肼作为代谢过程的中间体。和其它浮霉菌门细菌一样，厌氧氨氧化菌也具有细胞内膜结构，其中进行氨厌氧氧化的囊称作厌氧氨氧化体(anammoxosome)，小分子且有毒的肼在此内生成。厌氧氨氧化体的膜脂具有特殊的梯烷(ladderane)结构，可阻止肼外泄，从而充分利用化学能，且避免毒害 1、个体形态特征厌氧氨氧化菌形态多样,呈球形、卵形等，直径0.8-1.1μm。厌氧氨氧化菌是革兰氏阴性菌。细胞外无荚膜。细胞壁表面有火山口状结构，少数有菌毛。.细胞内分隔成3部分：厌氧氨氧化体(anammoxosome)、核糖细胞质

亚硝酸根对厌氧氨氧化过程的抑制作用

亚硝酸根对厌氧氨氧化过程的抑制作用摘要：在过去十年中有关亚硝酸盐对厌氧氨氧化细菌活性的抑制作用的报道层出不穷。尽管不良效果是明显的，相关矛盾报道的分歧在于发生反应的条件和发生的反应是否可逆。对环境因素影响进行评价的同时，关于亚硝酸盐的抑制作用也做了深入研究。厌氧氨氧化活性是厌氧氨氧化颗粒在连续标准化测压批量测试监测得到的，由滞后次数，测试中最大转换率和底物/产物转化比三个要素估算得出的。这种颗粒是在一级厌氧氨氧化反应器中获得的，占优势的厌氧氨氧化生物体属于Brocadia类型。观测到亚硝酸盐抑制50%活性时浓度为0.4g N /L.在亚硝酸盐全部去除时厌氧氨氧化活性可以恢复。使新鲜的介质保持6g N /L的浓度达到24小时，就会损失60%的活性。在亚硝酸根（0.2g N /L）暴露中使得活性大量降低由于铵根的存在。亚硝酸根产生的过程中氧的存在也会导致最大活性降低32%。由于暴露后恢复的现象表示：亚硝酸盐的不利影响是可逆的，某种程度上只是抑制作用而不是有毒的性质。在三个不同的PH值暴露之间的异同表明，亚硝酸盐是实际的抑制化合物，而不是亚硝酸。 1、介绍厌氧氨氧化（anammox）工艺是处理富铵废水中较为经济的脱氮工艺。在世界范围内迅速地得到推广。负责微生物生长的铵根以硝酸盐作为电子受体反应后有氮气产生。厌氧自养微生物节约了曝气时消耗的能源，也不需要有机碳的注入并且只产生少量污泥。在进行厌氧氨氧化过程中的细菌类属“Brocadiales”中的浮霉状菌目，其中污水

处理最相关的两个菌种为Brocadia和Kuenenia。在厌氧氨氧化过程中最关键的环节之一就是亚硝酸盐的稳定，因为它是整个过程中的电子受体并且由厌氧氨氧化菌完成转换，而且还是一个潜在的抑制化合物。亚硝酸盐的浓度低到5—40 mgN/L时抑制作用最强、Strouset首次提出亚硝酸盐的不利影响，他发现在100mgN/L时亚硝酸盐的抑制作用是完全可逆的。其他作者提出了抑制厌氧氨氧化过程中亚硝酸盐的浓度都类似于100mgN/L，但是并没有明确指出抑制作用是可逆还是不可逆的。一些文献提出了最高的没有抑制厌氧氨氧化活性时亚硝酸盐的浓度值（毒性阈值超过300mgN/L）。关于亚硝酸盐的研究观察，其观察范围宽泛，基于厌氧氨氧化技术原理使得它很难预测，模拟或设计。因此，进行着亚硝酸盐对厌氧氨氧化细菌抑制作用的深入研究。特别强调了暴露于亚硝酸盐之后，厌氧氨氧化菌的复苏现象。我们区分抑制作用和毒性作用这两个概念时，抑制作用定义是一个现象，它是可逆的，并且取决于其接触抑制化合物的时间和浓度，毒性作用被定义为失去活性的不可逆过程，取决于其接触毒物的时间和浓度。 Dapena-More首先提出使用标准化测压批量测试，这种方法逐渐被修改，使其提高准确性和稳定性，并且把它作为重现我们研究的方法。最高转换率的标准评价由评估滞后次数和底物/产物转换率共同决定。 2、材料和方法 2.1.测压试验设备

论厌氧氨氧化工艺的应用进展

论厌氧氨氧化工艺的应用进展本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation，Anammox)工艺因其无需外加有机碳源、脱氮负荷高、运行费用低、占地空间小等优点，已被公认为是目前最经济的生物脱氮工艺之一。近年来，国内外对厌氧氨氧化工艺的研究取得了大量的实验室成果。但是，一方面由于厌氧氨氧化菌(anaerobicammonium oxidizing bacteria，AnAOB)生长缓慢(倍增时间长达11 天)、细胞产率低[m(VSS)/m(NH4+-N)=/g)、对环境条件敏感，另一方面由于实际废水成分复杂，常含有AnAOB 的抑制物质，限制了厌氧氨氧化工艺在实际工程中的大规模应用。因此，有必要对近年来国内外厌氧氨氧化工艺的应用实例和经验进行系统总结，推动该工艺的进一步工业化应用，使之在污水脱氮处理领域发挥更积极的作用。本文介绍了AnAOB 的生物多样性和厌氧氨氧化工艺形式的多样性，重点综述了厌氧氨氧化技术在处理各类废水中的实验室研究和工程应用情况。 1 厌氧氨氧化菌生物多样性

迄今为止，已发现的AnAOB 有6 属18 种，构成了独立的厌氧氨氧化菌科(Anammoxaceae)，并且AnAOB 广泛存在于自然生态系统中，如海洋沉积物、淡水沉积物、油田、厌氧海洋盆地、氧极小区、红树林地区、海洋冰块、淡水湖以及海底热泉等。AnAOB 的生态分布多样性是由自身的代谢多样性决定的，也正因如此，厌氧氨氧化在全球氮素循环中扮演重要角色，将其应用于不同水质含氮废水的治理也具有与生俱来的优势和不可估量的潜力。 2 厌氧氨氧化工艺形式多样性基于厌氧氨氧化原理的工艺形式纷繁多样，包括分体式(两级系统)和一体式(单级系统)两种。一体式有CANON(completely autotrophic nitrogenremoval over nitrite)、OLAND(oxygen limitedautotrophic nitrification and denitrification)、DEAMOX(denitrifying ammonium oxidation)、DEMON(aerobic deammonification)、SNAP(simultaneous partial nitrification，anammox anddenitrification)、SNAD(single-stage nitrogen removalusing anammox and partial nitritation)等工艺;分体式主要有SHARON(single reactor for high activityammonia removal over nitrite)-anammox 工艺。随着工程经验越来越丰富，一体化系统正日益得到青

厌氧氨氧化菌的富集及其与反硝化菌协同脱氮研究

目录 1 绪论 (1) 1.1 水体氮素污染的危害 (1) 1.2 氮的控制要求 (1) 1.3 传统生物脱氮技术 (1) 1.4 新型生物脱氮技术 (2) 1.4.1 亚硝化-反硝化工艺 (2) 1.4.2 同步硝化-反硝化工艺（SND） (3) 1.4.3 厌氧氨氧化工艺（ANAMMOX） (3) 1.5 厌氧氨氧化反应机理及特性 (3) 1.5.1 厌氧氨氧化反应机理 (4) 1.5.2 厌氧氨氧化菌特性 (5) 1.5.3 厌氧氨氧化反应影响因素 (6) 1.5.4 厌氧氨氧化组合工艺 (9) 1.6 反硝化菌与厌氧氨氧化菌联合脱氮 (10) 1.7 论文研究目的与意义 (12) 1.8 本论文主要研究内容 (13) 2 低碳氮比污水反硝化过程中亚硝酸盐累积特性研究 (15) 2.1 材料与方法 (15) 2.1.1 实验装置 (15) 2.1.2 实验用水 (15) 2.1.3 实验方法 (16) 2.1.4 测试分析项目与方法 (17) 2.1.5 主要仪器 (17) 2.2 实验结果 (17) 2.2.1 活性污泥中反硝化菌的富集 (17) 2.2.2 反硝化过程中亚硝酸盐累积特性 (18) 2.3 讨论 (22) 2.3.1 反硝化过程最大比硝酸盐还原速率 (22) 2.3.2 反硝化过程最大比亚硝酸盐累积速率 (22) 2.3.3 亚硝酸盐最大累积率 (23) 2.3.4 反硝化过程CODCr去除特性 (24)

2.3.5 反硝化过程pH值变化特性 (25) 2.3.6 反硝化过程亚硝酸盐累积原因分析 (26) 2.4 本章小结 (26) 3 厌氧氨氧化菌富集培养过程研究 (29) 3.1 材料与方法 (29) 3.1.1 实验装置 (29) 3.1.2 实验用水 (29) 3.1.3 接种污泥 (29) 3.1.4 实验方法 (30) 3.1.5 分析测试项目与方法 (30) 3.2 厌氧氨氧化菌的富集 (31) 3.2.1R1反应器厌氧氨氧化菌的富集 (31) 3.2.2R2反应器厌氧氨氧化菌的富集 (34) 3.2.3R3反应器厌氧氨氧化菌的富集 (37) 3.2.4 厌氧氨氧化菌富集过程对比分析 (40) 3.3 温度对厌氧氨氧化反应的影响 (42) 3.3.1 不同温度下厌氧氨氧化反应过程 (42) 3.3.2 温度对厌氧氨氧化反应影响分析 (43) 3.4 本章小结 (46) 4 厌氧氨氧化菌与反硝化菌协同脱氮特性研究 (47) 4.1 材料与方法 (47) 4.1.1 实验装置 (47) 4.1.2 实验用水 (47) 4.1.3 实验方法 (48) 4.1.4 分析测试项目与方法 (48) 4.2 实验结果 (49) 4.2.1 厌氧氨氧化和反硝化活性 (49) 4.2.2 厌氧氨氧化菌与反硝化菌协同脱氮性能 (51) 4.3 讨论 (63) 4.4 本章小结 (65) 结论 (67) 参考文献 (69) 致谢 (75)

厌氧氨氧化

厌氧氨氧化作用即在厌氧条件下由厌氧氨氧化菌利用亚硝酸盐为电子受体，将氨氮氧化为氮气的生物反应过程。这种反应通常对外界条件（pH值、温度、溶解氧等）的要求比较苛刻，但这种反应由于不需要氧气和有机物的参与，因此对其研究和工艺的开发具有可持续发展的意义。厌氧氨氮化一般前置短程硝化工艺，将废水中的一部分氨氮转化成亚硝酸盐。目前在处理焦化废水、垃圾渗滤液等废水方面已经有成功的运用实例。厌氧氨氧化是一个微生物反应，反应产物为氮气。具有一些优点：由于氨直接作反硝化反应的电子供体，可免去外源有机物(甲醇)，既可节约运行费用，也可防止二次污染；由于氧得到有效利用，供氧能耗下降；由于部分氨没有经过硝化作用而直接参与厌氧氨氧化反应，产酸量下降，产碱量为零，这样可以减少中和所需的化学试剂，降低运行费用，也可以减轻二次污染。厌氧氨氧化反应是一种化能自养的古菌（俗称Anammox）的反应。简单式为：1NH4+ + 1NO2- → N2 + 2H2O。如果在化学方程式里加入微生物本身，则为：1NH4+ + 1.32NO2- + 0.066 HCO3- + 0.13H+ → 1.02N2 + 0.26 NO3- + 0.066 CH2O0.5N0.15 + 2.03H2O 该古菌为自养型，只需无机碳源CO2，并且在全球碳循环过程中发挥着很重要的作用。在目前污水的氨氮处理上被广为看好。但是由于亚硝酸根含量在大部分污水是不够显著的，所以anammox技术要结合其他技术来使用，比如已经在荷兰鹿特丹投产的Sharon+anammox工艺，就是结合了短程硝化和厌氧氨氧化工艺，还是比较成功的。利用混合污泥培养厌氧氨氧化颗粒污泥

厌氧氨氧化技术生物脱氮机理

厌氧氨氧化技术生物脱氮机理摘要：在过去一个多世纪中，传统的废水生物脱氮技术硝化-反硝化工艺得到了非常广泛的应用，随着生物技术的发展，涌现出很多新型的废水生物脱氮技术，厌氧氨氧化便是其中之一。本文对厌氧氨氧化脱氮技术的作用机理和优缺点进行了分析。关键词：生物脱氮；硝化；短程硝化；反硝化；厌氧氨氧化 Abstract: The traditional nitrification-denitrification process was widely used in the past century. With the development of biotechnology, many new biological nitrogen removal processes were put forward, such as anaerobic ammonium oxidation. This paper described the mechanisms and strengths-weaknesses of anaerobic ammonium oxidation technology. Keywords: biological nitrogen removal; nitrification; shortcut nitrification; denitrification; anaerobic ammonium oxidation 氮是维持生态系统营养物质循环的一种重要元素，然而由于人类活动对自然生态系统中氮素循环的干扰和破坏，使之成为引起水质恶化、生物多样性降低和生态系统失衡的主要因素之一，已经严重影响了人类正常的生产生活。对于氮素的污染控制己经受到了人们广泛的重视。在废水脱氮技术的研发应用中，各种行之有效的脱氮处理工艺得到了发展，构成了废水脱氮处理的技术体系。物化法除氮以其较为宽泛的适用性在工业废水脱氮中得到广泛发展，而生物法脱氮以低廉的成本、运行的简便等优点受到人们的青睐。近些年来，随着生物技术的迅猛发展，国内外学者加强了对生物脱氮理论和技术的研究，多种氮转化途径被发现，新的脱氮反应机理被提出，由此产生了生物脱氮理念的革新，厌氧氨氧化生物脱氮便是其中之一[1]。 1 传统生物脱氮的原理传统废水的生物脱氮是由两个阶段完成的。这条途径也可称之为全程(或完全)硝化—反硝化生物脱氮。第一阶段为硝化阶段，这一阶段是在好氧条件下由亚硝酸菌和硝化菌等细菌将氨将转化为硝酸盐，其反应可用(1)和(2)式表示： NH4+ + 1.5O2 → NO2- +H2O +2H+(亚硝化过程，好氧) (1) 2NO2- ＋O2 → 2NO3- (硝化过程，好氧) (2)

厌氧氨氧化工艺影响因素

厌氧氨氧化工艺的影响因素研究摘要：在稳定运行的厌氧氨氧化滤池基础上，研究了ph、有机物、溶解氧对厌氧氨氧化反应器运行性能的影响。结果表明：高、低ph会明显影响厌氧氨氧化反应器的脱氮性能，最适ph范围为7.65~8.25；一定浓度范围的有机物可以引起滤池内反硝化菌和厌氧氨氧化菌的协同作用，提高滤池的脱氮效果。溶解氧对厌氧氨氧化菌活性的抑制是可逆的。关键词：厌氧氨氧化，ph，有机物，溶解氧 the study of the factors affecting on anammox process abstract: in this paper, the impacts of ph, organic compound, dissolved oxygen on the anammox reactor performance in the stable operation of anaerobic ammonium oxidation filter. the results indicated: high or low ph could influence the performance of nitrogen removal of the reactor, the appropriate range of ph is 7.65~8.25; a certain concentration of organic compound could improve the denitrification effect because of synergistic effect of denitrifying bacteria and anaerobic ammonium-oxidizing bacteria in the filter; the inhibition of dissolved oxygen on the activity anammox bacteria is reversible. keywords: anaerobic ammonium oxidation; ph; organic compound; dissolved oxygen.