鄭平

浙江大學環(huán)境工程系，浙江 杭州 310058

2014厭氧氨氧化?？蜓?/p>

鄭平

浙江大學環(huán)境工程系，浙江 杭州 310058

厭氧氨氧化是環(huán)境微生物領域的重要發(fā)現，在廢水生物脫氮和地球氮素循環(huán)中具有重大作用。為了反映近年來國內外厭氧氨氧化研究的一些重要進展，組織出版了“厭氧氨氧化?？?。本期?？ňC述和研究論文兩部分，內容涉及厭氧氨氧化的菌群富集、菌群分析、菌種保藏、碳源影響、工藝應用、優(yōu)化對策等。

厭氧氨氧化，菌群分析，工藝性能，優(yōu)化對策

序 言

鄭平 浙江大學教授，博士生導師，環(huán)境工程國家重點學科負責人。自上世紀80年代初開始，長期從事環(huán)境微生物與廢水生物處理方面的教學和科研工作。已承擔國家和省部級研究課題20余項，主編專著和教材10部，發(fā)表SCI論文150余篇，獲國家科技進步/技術發(fā)明二等獎2項，省部級科技進步獎6項。主講國家精品/資源共享課程《環(huán)境微生物學》等10余門，獲省部級優(yōu)秀教學成果一等獎2項。2000年獲喀麥隆總統(tǒng)勛章，同年入選“浙江省新世紀151人才工程”一層次。

厭氧氨氧化 (Anaerobic ammonia oxidation, Anammox) 是在無氧條件下，以氨為電子供體、亞硝酸為電子受體，產生氮氣和硝酸的生物反應。1977年奧地利理論化學家Broda E根據反應熱力學分析，預言自然界中存在厭氧氨氧化。10年后荷蘭代爾夫特理工大學Mulder A等在生物脫氮流化床反應器內揭示了厭氧氨氧化。厭氧氨氧化一經發(fā)現，即得到了微生物和環(huán)境工作者的青睞，厭氧氨氧化研究正持續(xù)向深度和廣度推進。

厭氧氨氧化菌 (Anaerobic ammonia oxidation bacteria, AnAOB) 是厭氧氨氧化的實施者。厭氧氨氧化菌生長緩慢，細胞得率較低，迄今尚未獲得純培養(yǎng)物。荷蘭代爾夫特理工大學Strous M等率先通過菌群富集培養(yǎng)、個體離心分離、種類分子生物學鑒定等非常規(guī)手段，研究了厭氧氨氧化菌的基本性狀，確定了它們在系統(tǒng)發(fā)育中的分類地位，并在伯杰氏系統(tǒng)細菌學手冊中新增了厭氧氨氧化菌科(Anammoxaceae)。目前，文獻報道的厭氧氨氧化菌已有5個屬12個種。

厭氧氨氧化工藝 (Anaerobic ammonia oxidation process, ANAMMOX Process) 開發(fā)是厭氧氨氧化研究的熱點之一。通過反應試驗、菌群檢測和過程優(yōu)化，荷蘭代爾夫特理工大學Mulder A等率先開發(fā)了厭氧氨氧化工藝。后來與短程硝化工藝聯(lián)合，實現了厭氧氨氧化工藝在廢水生物脫氮工程上的應用。至今，國內外涌現了一批基于厭氧氨氧化的新型生物脫氮工藝，很有希望成為傳統(tǒng)廢水生物脫氮工藝的升級技術。

厭氧氨氧化脫氮通量檢測是厭氧氨氧化研究的另一熱點。厭氧氨氧化菌首先發(fā)現于人為生境 (生物脫氮流化床反應器)中，后又發(fā)現于海洋生境中。研究證明，厭氧氨氧化作用普遍存在于各類人為生境和自然生境中，它是水體和陸地生態(tài)系統(tǒng)中氮素循環(huán)的重要驅動者。

厭氧氨氧化基因組分析是厭氧氨氧化研究的又一熱點。由于生長極慢，研究材料成了厭氧氨氧化菌生理學研究的瓶頸。但通過國際同行的協(xié)同創(chuàng)新，以反應試驗揭示了厭氧氨氧化菌的代謝多樣性，以酶學研究構建了厭氧氨氧化菌中心代謝的框架，以基因組分析揭開了厭氧氨氧化菌生長和繁殖的面紗?；诨蚪M分析的厭氧氨氧化菌生理學和生態(tài)學研究支撐了對厭氧氨氧化作用的深入探索。

我國于上世紀90年代初開始涉足厭氧氨氧化研究，發(fā)現命名了3種厭氧氨氧化菌，研究開發(fā)了多種高效厭氧氨氧化工藝，試驗檢測了土壤、河流和近海生境中的厭氧氨氧化作用，最近又開展了厭氧氨氧化基因組分析，我國已成為國際厭氧氨氧化研究的重要力量。為了展示和交流國內外厭氧氨氧化研究的進展與應用，探討其存在的問題和解決的辦法，促進本研究領域的更好發(fā)展，特組織出版“厭氧氨氧化?？?。本期?？ňC述和研究論文兩部分，內容主要涉及菌群富集、菌群分析、菌種保藏、碳源影響、工藝應用、優(yōu)化對策等。

杭州師范大學張正哲等結合自己的研究，綜述了厭氧氨氧化工藝的現狀和問題。介紹了基于厭氧氨氧化的主要工藝，總結了厭氧氨氧化的工程應用。預計到2014年末，全球厭氧氨氧化工程將超過100座。指出水質障礙排除、運行條件優(yōu)化、工藝自動化控制將成為今后研究的重點。

北京工業(yè)大學鄭冰玉等結合自己的研究，綜述了污水處理系統(tǒng)中厭氧氨氧化菌分布及影響因素。介紹了污水處理系統(tǒng)中檢出的厭氧氨氧化菌及其分布情況，分析了若干關鍵因素對厭氧氨氧化菌分布的影響，闡述了研究厭氧氨氧化菌分布的工程意義。

浙江大學武小鷹等報道了對厭氧氨氧化工藝前置技術——短程硝化的研究。試驗了膜生物反應器的短程硝化性能以及氧對短程硝化的影響，通過對比耗氧率和供氧率，提出了以膜生物反應器進行短程硝化的優(yōu)化建議。

浙江大學陳重軍等報道了有機物共存對厭氧氨氧化工藝的影響。探索了有機碳源脅迫下厭氧氨氧化反應器的同步脫氮除碳規(guī)律及功能微生物群落結構的動態(tài)變化，指出低有機物濃度 (COD 620 mg/L) 不會顯著影響反應器脫氮效能，推測反應器內存在復雜的脫氮除碳途徑。

哈爾濱工業(yè)大學黃曉麗等利用膨脹顆料污泥床反應器富集了高純度厭氧氨氧化菌，考察了反應器的脫氮能力，并用分子生物學方法鑒定了培養(yǎng)前后厭氧氨氧化富集培養(yǎng)物的優(yōu)勢菌種及厭氧氨氧化菌的相對豐度。

中南大學宋雨夏等報道了他們對厭氧氨氧化反應器啟動過程中顆粒污泥性狀變化的研究。認為以厭氧顆粒污泥作為接種物可成功啟動上流式厭氧氨氧化污泥床反應器，啟動過程中顆粒污泥經歷裂解到重組的過程，原接種污泥中的優(yōu)勢菌群豐度大幅減少，厭氧氨氧化菌所屬的浮霉狀菌門豐度大幅提升。

青島大學李津等報道了他們對煙氣脫硝尾液厭氧氨氧化處理中微生物群落結構的分析結果。以厭氧序批式反應器處理火電廠煙氣脫硝尾液，反應器內的非厭氧氨氧化菌主要為：變形菌門 (61.18%)、酸桿菌門 (17.65%)、綠菌門(8.24%)；厭氧氨氧化菌主要為Candidatus Brocadia sp. (95.6%)。

杭州師范大學邢保山等介紹了他們對厭氧氨氧化顆粒污泥保藏的研究。培養(yǎng)了厭氧氨氧化顆粒污泥，試驗了溫度對厭氧氨氧化顆粒污泥保藏的影響。

浙江大學丁爽等報道了短程硝化-厭氧氨氧化工藝在制藥廢水脫氮中的應用。實現了短程硝化-厭氧氨氧化工藝對制藥廢水的生物脫氮，證明了“兩步法”啟動模式對短程硝化系統(tǒng)啟動的適用性，證明了菌種自繁和菌種流加啟動模式對厭氧氨氧化系統(tǒng)啟動的適用性。所取得的最大容積氮負荷高達6.96 kg N/(m?d)，為傳統(tǒng)硝化反硝化工藝的數十倍。

本期?？捻樌隹桥c各位專家的不吝賜稿和各位編輯的鼎力支持分不開的，在此一并致謝！

(本文責編 陳宏宇)

Preface for special issue on Anammox (2014)

Ping Zheng
Department of Environmental Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, Zhejiang, China

Anaerobic ammonia oxidation (Anammox) is one of the important discoveries in the field of environmental microbiology, and it plays an indispensible role in the nitrogen removal from wastewaters and the biogeochemical nitrogen cycle. Through review research progress in anaerobic ammonia oxidation, an Anammox special issue is published so as to find problems, explore applications and outlook developments. The special issue consists of reviews and original papers, mainly involving in the following aspects: i) enrichment of Anaerobic ammonia oxidation bacteria (AnAOB); ii) community analysis of AnAOB; iii) preservation of granular AnAOB sludge; iv) effect of organic matter on Anammox; v) application of Anammox process, etc.

anaerobic ammonia oxidation, microbial community analysis, bioprocess performance, optimization strategy

November 5, 2014

Ping Zheng. Tel/Fax: 86-571-88982819; E-mail: pzheng@zju.edu.cn