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)氧化為氮氣(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[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[3]。本試驗室也對厭氧氨氧化反應(yīng)器啟動、穩(wěn)定運行工況等方面進行了大量的研究工作。然而，上述研究大多未能考慮有機污染物的影響因素。在有機環(huán)境下，反應(yīng)器系統(tǒng)中可能同時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

在有機環(huán)境下，可能同時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量學(xué)方程式，以及有機環(huán)境下以葡萄糖為有機碳源時反硝化脫氮的電子計量學(xué)方程式。有機環(huán)境下ANAMMOX過程的計量方程式：

式中：fs為電子供體用于細胞合成的分子量。

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提供無機碳源，實現(xiàn)協(xié)同作用。

2 厭氧氨氧化與反硝化耦合影響因素

2.1 水力負荷

呂絳等研究表明水力負荷會對ANAMMOX與反硝化協(xié)同脫氮反應(yīng)器的運行性能造成較大影響[6]。隨著水力負荷的增加氨氮、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水負荷，平均去除率大幅度回升。證明協(xié)同反應(yīng)器對進水負荷的變化具有較強的抵抗能力。同時伴隨著水力負荷的增大，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菌對水力負荷變化的承受能力小于反硝化細菌。

2.2 pH

pH對廢水生物處理過程的影響主要表現(xiàn)在2個方面：（1）pH會影響細胞內(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pH控制在7.0～8.5時，厭氧氨氧化菌基本不受到影響。當pH在7.0～8.0時，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的改變，影響底物消耗速率以及反硝化菌的世代時間。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)濟方面考慮，碳氮比都是一個非常重要的參數(shù)，有時依賴于外加碳源以實現(xiàn)完全反硝化，導(dǎo)致運行費用的增加，為此要選擇一個適當?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C/N為1：2時耦合脫氮效果最佳。

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)機理及環(huán)境影響因素等的最新研究進展，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)在何種情況下進行，并且以哪種反應(yīng)機制進行，運用化學(xué)計量學(xué)原理進行分析。（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、機理及研究進展[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)計量學(xué)分析[J].華南理工大學(xué)學(xué)報：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)機理[J].華南理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2000,28(11)：16-19.

［6］呂絳,周少奇.水力負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].化工進展,2010(10).

［7］楊洋,左劍惡,沈平,等.溫度、pH和有機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.