厌氧氨氧化污水处理工艺及其实际应用研究进展

厌氧氨氧化(Anammox)反应是指在厌氧或者缺氧条件下,厌氧氨氧化微生物以NO2--N为电子受体,氧化NH4+-N为氮气的生物过程。该过程是一种新型自养生物脱氮反应,反应无需外加有机碳源,且污泥产生量小,相对于传统硝化/反硝化脱氮工艺具有显著优势,对处理含高氨氮废水特别是低有机碳源废水具有重大的潜在实际应用价值。近年来,厌氧氨氧化为主体的污水处理工艺已经在各种类型废水处理中得到成功应用,取得了显著的经济和环境效益。综述了厌氧氨氧化反应中常用的亚硝化-厌氧氨氧化工艺(Sharon-Anammox工艺)和完全自养脱氮工艺(CANON工艺)的作用原理、环境调控因子与功能性微生物种群动态分布等最新研究进展,且阐述了两工艺在垃圾渗滤液、厌氧消化液和猪场养殖废水等低碳氮比废水的处理应用效能和最优化控制参数等,为厌氧氨氧化为主体的污水处理工艺的工程化应用提供了技术支撑。最后,总结并介绍了国内外厌氧氨氧化工艺现场规模化应用实例和控制参数,同时,对厌氧氨氧化污水处理工艺实际应用的研究前景及亟待解决的问题进行了展望,认为现场应用中Anammox菌的快速富集培养、有机碳源对Anammox菌的抑制效应以及厌氧氨氧化工艺的广谱适用性等将是厌氧氨氧化工艺大规模应用的难点和热点问题。为厌氧氨氧化工艺实际应用控制和推广提供了理论基础,具有重要的理论和现实意义。     

金属元素对厌氧氨氧化生化过程和工艺运行的影响

厌氧氨氧化为高效低耗生物脱氮技术,但金属元素对该工艺的作用存在两面性,一方面其促进作用可提高工艺处理效果,另一方面抑制作用使其工程应用受到一定限制.为此本文从生物化学和污水处理工艺的角度,系统地总结了国内外金属对厌氧氨氧化影响的研究现状,重点分析与讨论了不同金属元素对厌氧氨氧化细胞结构和相关酶蛋白活性等的影响和作用机理;综述了金属元素对厌氧氨氧化工艺运行的影响,讨论与分析了不同厌氧氨氧化工艺的半抑制浓度及活性修复方法.     

废水生物脱氮中N_2O和NO_x的产生和作用

废水生物脱氮中N2O和NOx来源于硝化、反硝化、厌氧氨氧化和化学反硝化等过程.电子受体和供体浓度、pH、缓冲剂类型、有机负荷、微生物种类及其相互作用等都会影响这些气态中间产物的产生.NO2能够氧化氨和强化好氧和厌氧氨氧化,NO能够阻止C2H2对好氧氨氧化活性的抑制,两者对好氧氨氧化活性的恢复至关重要.所有这些表明,废水生物脱氮的气态中间产物N2O和NOx在氮的生物转化中具有重要的正面作用,甚至必不可少.基于NO2曝气技术和Brocadiaanammoxidans与Nitrosomonas协同作用的废水生物脱氮新技术开发是今后一段时间的重要研究方向.图4参35     

废水生物脱氮中N2O和NOx的产生和作用

废水生物脱氮中N2O和NOx来源于硝化、反硝化、厌氧氨氧化和化学反硝化等过程．电子受体和供体浓度、pH、缓冲剂类型、有机负荷、微生物种类及其相互作用等都会影响这些气态中间产物的产生．NO2能够氧化氨和强化好氧和厌氧氨氧化，NO能够阻止C2H2对好氧氨氧化活性的抑制，两者对好氧氨氧化活性的恢复至关重要．所有这些表明，废水生物脱氮的气态中问产物N2O和NOx在氮的生物转化中具有重要的正面作用，甚至必不可少．基于NO2曝气技术和Brocadia anammoxidans与Nitrosomonas协同作用的废水生物脱氮新技术开发是今后一段时间的重要研究方向．图4参35     

垃圾渗滤液生物脱氮新途径

介绍了垃圾渗滤液的传统脱氮技术，对短程硝化反硝化、同步硝化反硝化和厌氧氨氧化的研究作了综述和讨论，并分析了这些新技术的特点以及在垃圾渗滤液脱氮方面的研究和应用前景，指出了厌氧氨氧化是垃圾渗滤液生物脱氮可能的有效方法。     

铁氨氧化研究进展及在污水脱氮中的应用探索

近几年来，铁氨氧化(Feammox)反应在不同的环境体系中相继被发现. Feammox反应是在厌氧环境中以及微生物的驱使作用下，NH₄⁺和Fe(Ⅲ)分别作为电子供体和电子受体，Fe(Ⅲ)被还原生成为Fe(Ⅱ)，而NH₄⁺则转化生成为亚硝酸盐(NO₂^-)、硝酸盐(NO₃^-)和氮气(N₂)几种不同形态的氮素.Feammox的发现进一步揭示了氮素在自然界循环中的新的转化途径，这种新的氮素转换途径给污水领域中的脱氮技术方法带来了全新视角.另外，Feammox能够和厌氧氨氧化(Anammox)和铁型反硝化(NDFO)耦合或者通过实现Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)之间的循环转化进行脱氮，使得Feammox成为了一种潜在的新型脱氮技术.通过综述Feammox的发展历程、反应机制、以及对自然界生态系统所产生的的影响和其所受影响的物理性因素，最后，进一步探讨Feammox在污水脱氮中的应用，并对其未来发展进行总结和展...     

单级好氧和限氧污水处理系统中总氮损失的微生物学机理

近年来,单级好氧和限氧污水处理系统中总氮损失的现象引起了人们的普遍关注,本文对这种现象的微生物学机理及研究现状进行了阐述,主要是儿类细菌的单独脱氮或者它们之间的协同脱氮,包括自养(亚)硝化菌单独脱氮、好氧反硝化菌单独脱氮、(亚)硝化菌和好氧反硝化菌的协同脱氮以及(亚)硝化菌和厌氧氨氧化菌的协同脱氮.与传统的硝化-反硝化脱氮工艺相比,这些脱氮新途径具有不可比拟的优越性,对于强化污水生物脱氮具有重要意义.图8参53     

新型废水生物脱氮的微生物学研究进展

生物脱氮是含氮废水处理公认的最佳处理方式,随着对生物脱氮微生物学原理研究的不断深入,许多新的生物脱氮特殊菌株或菌群及微生物转化机制不断被发现.本文在传统生物脱氮过程机理上,结合最近国内外生物脱氮的新发现,就短程硝化反硝化、同时硝化反硝化、厌氧氨氧化的微生物学原理进行了阐述.图1表2参23     

影响厌氧氨氧化与甲烷化反硝化耦合的因素

氨氮、氮氧化物对产甲烷菌有一定的抑制作用,但可以通过驯化去除毒性.亚硝酸盐在厌氧氨氧化菌作用下与氨发生厌氧氨氧化反应.虽然厌氧氨氧化菌是自养菌,但具有异养代谢能力,并且NO2可提高厌氧氨氧化菌的活性.因此,通过特殊的反应器技术,将厌氧氨氧化菌与甲烷菌、反硝化菌复合在一个有利的微生态环境中,充分发挥它们之间的协同耦合作用,把有机物转化为清洁能源又同时脱氮,是极有前景的废水厌氧(缺氧)处理研究新方向.表1参31     

好氧颗粒污泥工艺强化脱氮研究进展

好氧颗粒污泥是微生物通过自凝聚作用形成的一种特殊的生物聚集体,具有结构致密、沉降性能优异、抗冲击负荷能力强、多功能微生物分区定殖等特点,其在废水强化脱氮除磷与难降解有机物去除方面具有明显的技术优势.针对目前工业和养殖废水及城镇生活污水等碳氮比低、处理出水总氮达标压力大等突出问题,综述基于好氧颗粒污泥的全自养、同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、短程硝化-厌氧氨氧化、异养硝化-好氧反硝化等强化脱氮工艺,介绍其脱氮机制及技术优势,阐明不同好氧颗粒污泥脱氮工艺的特点与颗粒污泥特性,同时总结各种工艺的启动条件及富集相应功能菌的好氧颗粒污泥的形成因素,评估不同工艺应用于实际废水生物处理的可行性.在此基础上进一步分析进水基质组成(不同碳氮比)、运行模式(连续曝气和间歇曝气)、运行条件(溶解氧浓度、温度和pH)等对好氧颗粒污泥工艺强化脱氮性能与稳定运行的影响.最后提出应进一步优化好氧颗粒污泥强化脱氮工艺的运行参数,解析好氧颗粒污泥微生物菌群功能,揭示好氧颗粒污泥形成与结构稳定的微生物学机理.     

厌氧氨氧化反应器研究进展

厌氧氨氧化是废水生物脱氮研究的新领域,厌氧氨氧化反应器影响厌氧氨氧化菌的富集、厌氧氨氧化过程的启动、运行的稳定性和处理效果,是其中十分重要的研究内容.本文根据厌氧氨氧化反应的基本特征,分析了反应过程对反应器的主要要求;通过对固定床反应器、流化床反应器、气提式反应器、上流式厌氧污泥床(UASB)等反应器的运行参数和运行结果的比较,分析了各种类型反应器的主要优缺点,并对反应器今后的发展方向提出了建议.表2参37     

厌氧氨氧化菌的种类、特性与检测

厌氧氨氧化是地球氮素循环的重要环节,也是废水生物脱氮和污染环境修复的重要基础;厌氧氨氧化菌作为厌氧氨氧化功能的执行者,近年来成为微生物、环境、地学等领域的研究热点.本文从厌氧氨氧化菌种类、菌种特性及检测手段3个方面综述近年国内外厌氧氨氧化菌研究进展.基于多相分类法,以遗传型分类为主,目前共鉴定厌氧氨氧化菌6属21种,其中Candidatus Anammoximicrobium为最新属.不同种厌氧氨氧化菌在形态结构、细胞组成、生理生化、生态分布存在异同,对温度、盐度、有机物等环境因素的敏感度导致其生态位的差异性,有利于工程应用.近来结合PCR-DGGE、FISH和q PCR等先进的现代分子生物学手段,已形成一套研究厌氧氨氧化菌种类、数量、分布和活性的有效方法,并获得系列基于An AOB 16S r RNA及功能基因(nir S,hzo)的特异性引物.最后提出完善厌氧氨氧化菌纯培物的分离方法、探明厌氧氨氧化菌的代谢途径和遗传特性、明确厌氧氨氧化菌在生境中的分布及贡献是未来研究的热点和难点.     

太湖梅梁湾沉积物中铁氧化氨作用及其脱氮贡献

铁氧化氨反应是最近发现的一种新型氮转化途径,在林地、水稻田和湿地土壤氮循环过程中具有重要作用。然而,鲜有研究关注富营养化湖泊沉积物中的铁氧化氨过程。该研究在调查太湖梅梁湾沉积物理化性质和主要铁还原菌丰度的基础上,采用同位素示踪技术和C_2H_2抑制法研究了沉积物的铁还原速率和铁氧化氨过程,以实验过程中~(30)N_2和~(29)N_2的产生速率核算了沉积物的铁氧化氨速率。通过考察沉积物相关理化性质、铁还原菌丰度与铁氧化氨速率之间相关性,确定了这些因子对铁氧化氨的影响。结果表明:在太湖梅梁湾4个采样点的沉积物中均存在铁氧化氨过程,该过程能够在厌氧条件下将NH_4~+直接氧化为N_2,或者将NH_4~+氧化为NO_2~-、NO_3~-,然后厌氧氨氧化或反硝化过程将NO_2~-、NO_3~-转化为N_2导致沉积物氮损失。梅梁湾沉积物铁氧化氨速率范围为0.28~0.43 kg~(-1)·d~(-1),占太湖人为输入无机氮的6.1%~9.4%。沉积物Fe(Ⅲ)含量和TOC含量与铁氧化氨速率之间呈显著相关性(P0.05),在铁氧化氨过程中起重要作用。相反,pH与铁氧化氨之间无显著相关性(P0.05)。地杆菌属(Geobacteraceae spp.)、希瓦氏茵属(Shewanella spp.)、酸微菌科(Acidimicrobiaceae)及微酸菌A6属(Acidimicrobiaceae A6)与铁氧化氨呈显著相关性(P0.05),表明铁还原菌可能直接参与铁氧化氨过程。综上,铁氧化氨是富营养化湖泊沉积物中氮素迁移转化的重要途径之一。     

水稻土中铁的厌氧生物氧化还原循环对砷的影响（The Effect of Anaerobic Redox Cycling of Iron on Arsenic Mobility in Paddy）

应用砷污染水稻土的厌氧富集培养,探讨水稻土中潜在存在铁厌氧生物循环及其对氮和砷的耦合作用.富集培养直接证明了水稻土中铁的厌氧生物循环:三价铁(人工合成针铁矿)在厌氧条件下被逐渐还原成二价铁;铁还原过程结束并外源添加硝酸根时,培养基中新生的二价铁在依赖于硝酸根的铁氧化菌的作用下被氧化;当提供新的电子供体乙酸时,生物合成的铁矿重新被还原.在铁氧化还原循环过程中,随着铁的还原,培养基中砷的浓度不断增加,反之,当铁逐渐氧化的同时不断地吸附固定培养基中的砷.在铁的厌氧氧化阶段,铁氧化的同时硝酸根被还原,培养基中积累了NH4+和NO2-.因此,厌氧水稻土中可以进行完整的铁氧化还原循环,同时这个循环过程耦合了氮和砷的迁移转化.     

OLAND生物脱氮系统运行及其硝化菌群的分子生物学检测

采用两阶段限氧自养硝化 -反硝化生物脱氮系统 (oxygen limitedautotrophicnitrificationanddenitrificationsystem ,以下简称OLAND)处理高氨氮、低COD的废水 .应用内浸式多聚醚砜中空膜 ,实现了污泥的完全截留 ,阻止了生物量的大量洗脱 ,并通过控制溶氧在 0 .1～ 0 .3mgL-1之间 ,实现了硝化阶段出水中氨氮与亚硝态氮浓度的比例达到最适值〔1 (1.2± 0 .2 )〕 ,从而为第二阶段的厌氧氨氧化提供理想的进水 ,进而获得较高的脱氮率 .同时应用荧光原位杂交技术对硝化阶段不同时期硝化菌群的变化进行分子生物学检测 ,揭示了随溶氧浓度的降低 ,氨氧化菌的数量基本保持恒定、亚硝酸氧化菌的数量略有减少的变化规律 ,并且发现 ,在两阶段限氧自养硝化 -反硝化生物脱氮系统中氨氮的氧化主要是由Nitrosomonassp .完成 ,亚硝酸的氧化主要由Nitrobactersp .完成 .图 4表 2参 2 2     

厌氧氨氧化反应影响因素研究进展

厌氧氨氧化(Anammox)反应是指在厌氧或者缺氧条件下,厌氧氨氧化微生物以NO_2~--N为电子受体,氧化NH_4~+-N为氮气的生物过程。厌氧氨氧化反应是自养型生物脱氮反应,该过程无需外加有机碳源,在高氨氮低碳源废水处理方面具有重要应用价值。然而Anammox菌生长缓慢,最大生长率0.002 7 h~(-1),倍增时间长达10~12 d,对生长环境要求近乎苛刻,成为Anammox工艺工程化应用的最大瓶颈。因此,Anammox反应的影响因素一直是该领域的研究热点。文章系统总结了Anammox过程的主要影响因素,其中包括反应器类型、污泥性质、填料等反应器条件,温度、p H值、氧气、电磁场等环境因子,以及有机物、氮素、磷酸盐、盐度、金属离子等基质条件对Anammox启动和运行的最新研究进展,认为p H值接近中性、温度30~35℃、避光、严格厌氧等环境条件下,以反应器、填料和颗粒污泥相结合,降低污泥流失,并给予合适的基质和必要元素,可促进Anammox的快速增长。该文为Anammox工艺的基础研究和工程化应用提供了参考,并认为今后在各影响因素的联系、功能基因改性及极端环境驯化等方面仍需要加强研究。     

厌氧氨氧化活性抑制、恢复与强化及工艺应用研究进展

厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)工艺是一项节能高效的生物脱氮工艺,但实际应用中存在Anammox细菌增殖缓慢与活性受抑制的问题.首先介绍Anammox的基质与非基质,如亚硝酸、有机物以及无机物的抑制效应,在此基础上阐述调控运行参数以及流加菌种等活性恢复措施.重点评述外加无机碳、Anammox中间产物、Fe和导电材料等对Anammox的强化效果,并以代谢图形式系统总结3种Anammox代谢途径.最后着重探讨将Anammox作为主流工艺推广到处理实际废水时所面临的亚硝酸盐氧化菌(Nitrite-oxidizing bacteria,NOB)抑制和冬季水温低的问题,归纳使用游离氨和游离亚硝酸溶液淘洗NOB的方法以及选择合适反应器构型与培养方式等应对低温的对策;分析Anammox与反硝化间的协同作用以及将Anammox工艺拓展应用到烟气脱硝和芳香烃厌氧降解方面的潜力.提出未来需要在多因素联合抑制、Anammox生理特性和中间代谢机理以及抵御主流废水处理的不利因素等方面进行深入研究.     

多氯联苯微生物厌氧脱氯研究进展

多氯联苯是一种典型的持久性有机污染物,其在环境中的转化归趋备受关注.在厌氧条件下,多氯联苯可以通过微生物脱氯进行降解,该降解方式虽然广泛存在于自然界中,但是受生物地球化学因素的影响较大,调控较为复杂.本文对多氯联苯的厌氧微生物脱氯降解进行综述,讨论了脱氯路径和自然界中8种主要脱氯历程;脱氯微生物及相关的微生物还原脱卤酶;影响脱氯速率、程度和历程的主要物理和地球化学因素(温度、pH和氧化还原水平、碳源、电子受体、电子供体及抑制物).最后分析了多氯联苯厌氧脱氯研究中存在的问题并对其前景进行展望.     

生物蛭石污水处理过程中氮的形态变化研究

为了探索天然蛭石作为湿地基质强化湿地脱氮效果的可行性,将天然蛭石填充有机玻璃,用废水培养挂膜获得生物蛭石,用以去除模拟污水中的氮。试验结果表明:生物蛭石柱对NH4 -N和T-N去除效果显著且稳定。生物蛭石滤柱中是以厌氧氨氧化作用为主的脱氮作用,溶解氧是影响厌氧氨氧化作用的重要因素。     

垃圾填埋场渗滤液地下原位脱氮技术综述

氨氮是城市垃圾厌氧填埋过程中产生的常见的污染物。由于氨氮的持久性和生物毒性,生活垃圾填埋场渗滤液中氮的脱除已引起了人们的高度关注。文中结合国内外的研究现状的基础,论述了厌氧渗滤液回灌、强制通风好氧填埋、准好氧填埋和生物反应器填埋四种垃圾渗滤液原位脱氮处理技术的原理、技术特点、工程投资、运行成本以及处理效果等;指出了垃圾填埋场渗滤液原位脱氮技术的未来研究重点:填埋场内脱氮机理和脱氮速率的深入研究、工艺控制优化研究以及生物反应器填埋的实际应用设计研究。