厌氧氨氧化菌的生物特性及CANON厌氧氨氧化工艺

厌氧氨氧化(ANaerobicAMMonium OXidation,缩写为ANAMMOX)指的是在缺氧条件下以亚硝酸盐为电子受体将氨氧化为氮气的过程.该过程由一类独特的、被称为"厌氧氨氧化菌"的专性厌氧微生物催化完成.作为细菌域浮霉菌门的成员,厌氧氨氧化菌具有与普通原核细菌显著不同的细胞结构;更重要的是,厌氧氨氧化在氮循环中扮演重要角色,并在污水处理领域显示出良好的应用潜力:厌氧氨氧化联合短程硝化非常适合处理高氨氮低碳废水.在一段式的CANON(Completely Autotrophic Nitrogen removal Over Nitrite)厌氧氨氧化工艺中,好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌在氧限制的单个反应器内协同去除氨氮,这在节省反应器空间的同时对系统内功能菌群的优化调控提出了更高的要求.本文重点介绍了厌氧氨氧化菌的生物特性以及CANON厌氧氨氧化工艺的最新进展.     

苯酚对厌氧氨氧化污泥脱氮效能长短期影响

通过接种厌氧氨氧化(ANAMMOX)污泥,研究了苯酚浓度对ANAMMOX污泥脱氮效能长短期影响.短期结果表明,随着苯酚浓度的增大,氮去除率快速下降.当苯酚浓度大于600 mg·L-1时,NH+4-N的去除率降低到6%以下,TN的去除率只有10%左右.长期实验结果表明,当苯酚浓度小于100 mg·L-1时,NH+4-N的去除率都能达到99%以上,说明低浓度苯酚对ANAMMOX菌有一个驯化的过程.当苯酚浓度高于400 mg·L-1时,NH+4-N的去除率只有23.59%,TN去除率只有50.3%,ANAMMOX污泥抑制明显,与短期结果相同.此时反硝化菌活性明显高于ANAMMOX菌,说明苯酚可作为有机碳源诱发体系中发生反硝化反应,最终导致反硝化菌在体系中占据主导地位.但高浓度(1 000 mg·L-1)苯酚对反硝化菌也具有抑制作用.通过拟合得到苯酚对ANAMMOX半抑制有效浓度(IC50)为71.57 mg·L-1.经过18 d的恢复后,NH+4-N去除率基本恢复,但氮素之间的转化计量式发生了改变,ρ(NH+4-N)去除/ρ(NO-2-N)去除/ρ(NO-3-N)生成为1∶0.86∶0.2.研究结果表明,将苯酚控制在合理范围内可以使反应器达到同步脱氮除酚的效果.     

厌氧氨氧化工艺应用研究进展

厌氧氨氧化作为一种新型的脱氮工艺,以其独特的优势有望能大量应用于实践,但由于温度问题受到极大的限制。介绍了厌氧氨氧化工艺应用研究的进展,并分析了该工艺在实际污水处理中存在的问题。     

半短程亚硝化与厌氧氨氧化联合脱氮工艺微生物特征研究进展

半短程亚硝化-厌氧氨氧化脱氮技术具有良好的发展前景,该工艺的发展以及应用分子生物学技术对好氧氨氧化菌种群和厌氧氨氧化种群生态学的研究备受人们关注.本文综述了工艺原理和影响因子诸如温度、pH值、氧的可利用性、游离氨浓度等对氨氧化菌及厌氧氨氧化菌的影响,并介绍了应用分子生物学方法对氨氧化菌与厌氧氨氧化菌的类别及分布的研究结果,并对该工艺提出了展望.     

海洋厌氧氨氧化研究进展

文章介绍了国内外海洋厌氧氨氧化的概念、海洋厌氧氨氧化发现过程、海洋厌氧氨氧化的研究进展。海洋中已经发现的厌氧氨氧化菌的3个主要生物学特征——具有厌氧氨氧化体、梯形脂及细胞色素C,这3个特征成为鉴定厌氧氨氧化细菌的重要依据。海洋厌氧氨氧化的化学计量学研究方法为15N元素示踪技术,分子生物学研究方法采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)、16S rRNA-PCR和荧光原位杂交(FISH)技术等。在我国海洋厌氧氨氧化研究开展的还很少,在东太平洋地区近海大陆架区域由于工农业污水排放的耗氧有机物使得局部海区出现缺氧,因此这些海区的厌氧氨氧化细菌种群类型、分布特征、主要影响因素的研究亟待加强。在世界范围内绘制全球海洋厌氧氨氧化生态分布图也是未来世界各国厌氧氨氧化研究工作者的重要任务之一。     

生活垃圾焚烧厂渗沥液厌氧氨氧化脱氮效能及微生物机理分析

生活垃圾焚烧厂渗沥液是一种含高氨氮高有机物浓度的难处理废水,目前渗沥液生物脱氮多采用多级硝化反硝化处理工艺,存在能耗大、效率低等不足。以厌氧氨氧化技术为核心,构建连续流厌氧消化-短程硝化-厌氧氨氧化三段式工艺,分析垃圾焚烧厂渗沥液的生物脱氮效果、有机物迁移转化规律、功能微生物活性及组成变化。结果表明:在进水ρ（NH₄+-N）为900~1800 mg/L,ρ（COD）为3000~20000 mg/L时,系统处理效果良好,稳定运行期间总无机氮和COD去除率分别为85%和77%。其中厌氧消化段可去除约45%的COD,短程硝化段NO₂--N积累率保持在97%以上,厌氧氨氧化段稳定运行期间总无机氮去除率约为85%,系统内也存在一定程度反硝化反应。接入渗沥液后,自养脱氮体系中功能微生物氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（Anammox）的活性均有不同程度的下降,采用宏基因组学结合16S rDNA高通量测序技术对比分析微生物的群落和功能组成变化,发现渗沥液中高浓度的有机物使短程硝化段和厌氧氨氧化段内异养反硝化菌相对丰度上升,Anammox受到难降解有机物抑制,其中Candidatus_Kuenenia菌属适应性较强,在驯化后仍然可以维持厌氧氨氧化系统较高的脱氮效果。     

半石硝化-厌氧氨氧化脱氮新工艺

介绍了半硝化－厌氧氨氧化脱氮新工艺，分析了它的机理、环境条件要求及可持续意义。     

厌氧氨氧化技术应用研究进展

厌氧氨氧化(ANAMMOX)是新型经济的生物脱氮新工艺。在缺氧或厌氧条件下,经厌氧氨氧化自养菌将NH+4-N和NO-2-N转化为N2的过程。相比其他脱氮过程厌氧氨氧化具有需氧量少、污泥产量低、无二次污染、适用于处理高含氮量低碳氮比废水等的优势。综述了厌氧氨氧化的发现过程、作用机理、影响因素及厌氧氨氧化菌的种类,同时介绍了基于厌氧氨氧化技术的污水处理工艺类型及各工艺特点,最后总结了厌氧氨氧化技术存在的问题及今后研究的趋势。     

厌氧氨氧化理论与工艺研究进展

氨的厌氧氧化(ANAMMOX)是一种新型生物脱氮技术。它是指在厌氧条件下,通过特定的兼性和专性厌氧自养细菌的作用,将NH4+-N和NO2--N反应转化为N2的过程。ANAMMOX工艺与现有工艺相比有明显的优越性。回顾了厌氧氨氧化现象的发现过程,介绍了近年来厌氧氨氧化理论和可行工艺的研究进展,指出该工艺存在的问题和今后研究方向。     

城市污水再生中的厌氧氨氧化生物脱氮新思路

在城市污水再生全流程理念指导下,分析了目前较为实用的几种污水再生工艺,阐述了硝化-反硝化和厌氧氨氧化两种生物脱氮途径的机理,并进行了对比分析,提出了以厌氧氨氧化为主体生物脱氮单元的城市污水的再生全流程新思路。城市污水再生全流程不但在各自的单元中实现了TOC,TN和TP去除的优化,而且在生物脱氮单元中,根据含氮废水的水质和物理特性实现了污泥消化液脱氮和主体二级处理水脱氮的优化。     

几种生物脱氮新工艺的比较

目前已经发现了2种微生物脱氯新途径：一是根据好氧氨氧化菌具有反硝化能力，从而在一定条件下反硝化脱氯：二是在功能微生物的作用下，亚硝酸盐与氨离子一起厌氧氨氧化，并且发现了厌氧氨氧化菌与好氧氨氧化菌或甲烷菌能协同耦合在一种有利的微生态环境中。基于以上新途径提出了几种生物脱氟新工艺，包括了：SHARON、ANAMMOX、SHARON—ANAMMOX、CANON、OLAND、NOX工艺、需氧反氨化工艺（Aerobic deammonification）、甲烷化与厌氧氨氧化耦舍工艺。     

几种生物脱氮新工艺的比较

目前已经发现了2种微生物脱氮新途径:一是根据好氧氨氧化菌具有反硝化能力,从而在一定条件下反硝化脱氮;二是在功能微生物的作用下,亚硝酸盐与氨离子一起厌氧氨氧化,并且发现了厌氧氨氧化菌与好氧氨氧化菌或甲烷菌能协同耦合在一种有利的微生态环境中.基于以上新途径提出了几种生物脱氮新工艺,包括了:SHARON、ANAMMOX、SHARON-ANAMMOX、CANON、OLAND、NOX工艺、需氧反氨化工艺(Aerobic deammonification)、甲烷化与厌氧氨氧化耦合工艺.     

进水浓度对厌氧氨氧化脱氮与微生物特性的影响

为了研究厌氧氨氧化(Anammox)工艺处理不同浓度废水时的脱氮性能、微生物群落与污泥特性的变化,构建了升流式污泥床反应器(Upflow anaerobic sludge bed,UASB),研究不同进水浓度下氮素的转化与去除效率,并结合微生物分析手段探究各阶段微生物的群落演替与污泥特性变化.结果表明,当处理高浓度进水时,氨氮和总氮去除率分别为99.33%和92.96%;当切换为低浓度进水时,氨氮去除率为91.99%,总氮去除率降低至74.09%,硝酸盐产生比例升高.扫描电镜结果发现,活性污泥由以短杆菌为主逐步转变为以球菌为主的聚集体,随着水力负荷增大,污泥聚集、颗粒增大,溶解性EPS降低,污泥疏水性增强.微生物群落结构分析结果表明,Proteobacteria在反应器内大量存在,丰度达到了29.68%,反应器内存在Candidatus Brocadia和Candidatus Jettenia两种厌氧氨氧化菌.在高浓度进水阶段,Candidatus Jettenia的丰度较高(1.24%);当进水换为低浓度时,Candidatus Brocadia的丰度达到了1.23%,替代Candi...     

一体化厌氧氨氧化反应器的优化及其稳定性研究

采用一体化厌氧氨氧化SBR反应器(120L)处理高氨氮废水,研究系统总氮去除负荷提高和稳定性的影响因素.长期试验结果表明:该一体化厌氧氨氧化SBR反应器的最大总氮去除负荷为1.1kg/(m³·d),影响反应器运行稳定性的主要因素有:游离氨浓度、溶解氧浓度、絮体污泥和颗粒污泥相对比例等.在一体化厌氧氨氧化反应器中保持AOB和Anammox活性的相互匹配是维持系统稳定运行的关键因素.大量淘洗絮体污泥会造成氨氧化活性降低和溶解氧升高,从而引起总氮去除负荷下降.限制反应器负荷增加的主要因素有:(1)污泥随出水流失,体系污泥浓度保持恒定;(2)受溶解氧影响AOB和Anammox活性不能同时提高;(3)传质效率难以进一步提高.试验中发现总氮去除负荷和曝气量之间具有很好的相关性,反应器负荷波动时通过调整曝气量来调控反应状态,有利于一体化工艺的稳定运行.     

基于厌氧氨氧化的城镇生活污水深度脱氮工艺研究

随着城镇生活污水排放标准的日益严格,现有城市污水处理厂普遍面临提标改造的挑战,较多污水处理厂采用三级脱氮工艺降低出水中氮素含量.本研究以磁混凝预处理后的生活污水为研究对象,采用厌氧氨氧化工艺作为三级脱氮工艺,构建含有生物膜和絮体污泥的UASB反应器,处理A/O（二级生化单元）出水,研究串联、分流进水以及回流等条件下系统的脱氮及有机物去除性能,并通过微生物群落分析揭示各阶段的菌群结构变化.结果表明,当UASB串联A/O时,系统出水氨氮、TN和COD分别为1.21、10.02和30.00 mg·L^-1.当进水分流比为15%时,提升了UASB的脱氮速率（从0.04升高至0.06 kg·m^-3·d^-1）,UASB分别贡献了系统TN、NH₄⁺-N和COD去除总量的23.4%、20%和20.7%,当系统出水回流到A区时,能进一步降低出水污染物浓度,NH₄⁺-N仅为1 mg·L^-1,TN为12.03 mg·L^-1.微生物群落结构分析结果表明,在A/O反应器内Proteobacteria为主要菌门,UASB内Planctomycetes门实现富集,生物膜中Planctomycetes丰度为1.93%~8.39%,厌氧氨氧化细菌（以Candidatus Kuenenia为代表）在生物膜和污泥絮体中丰度分别为0.77%~2.19%和0.01%~1.49%.本研究结果表明,基于厌氧氨氧化的三级脱氮工艺能够实现生活污水的深度脱氮,在不增加曝气与碳源投加成本的同时高效去除氨氮、总氮,可为城市生活污水处理厂改造升级提供技术支撑.     

Effects of ferrous and manganese ions on anammox process in sequencing batch biofilm reactors

Ferrous and manganese ions, as essential elements, significantly affect the synthesis of Haem-C, which participates in the energy metabolism and proliferation of anammox bacteria. In this study, two identical sequencing batch biofilm reactors were used to investigate the effects of ferrous and manganese ions on nitrogen removal efficiency and the potential of metal ions serving as electron donor/acceptors in the anammox process. Fluorescence in situ hybridization analysis was applied to investigate the microbial growth. Results showed that the nitrogen removal increased at high concentrations of Fe2＋ and Mn2＋ and the maximum removal efficiency was nearly 95% at Fe2＋ 0.08 mmol/L and Mn2＋ 0.05 mmol/L, which is nearly 15% and 8% higher than at the lowest Fe2＋ and Mn2＋ concentrations （0.04 and 0.0125 mmol/L）. The stabilities of the anammox reactor and the anammox bacterial growth were also enhanced with the elevated Fe2＋ and Mn2＋ concentrations. The Fe2＋ and Mn2＋were consumed by anammox bacteria along with the removal of ammonia and nitrite. Stoichiometry analysis showed Fe2＋ could serve as an electron donor for NO3-N in the anammox process. Nitrate could be reduced with Fe2＋ serving as the electron donor in the anammox system, which causes the value of NO~-N/NH4-N to decrease with the increasing of N-removal efficiency.     

低温下废铁屑对厌氧氨氧化系统的影响

考察了在低温条件下(<20℃)废铁屑及其投加方式对厌氧氨氧化反应器脱氮性能和微生物群落的影响.结果表明,当废铁屑投加量为10g/L时,直接(R2)和间接(R3)投加方式均会对厌氧氨氧化反应造成短期抑制,总氮去除率分别降低4.7%和3.4%;30d连续运行后,2组反应器总氮去除率均提升至70%左右;反应器稳定运行阶段,R2的R_s(NO₂^--N与NH₄⁺-N去除量之比)和R_p(NO₃^--N生成量与NH₄⁺-N去除量之比)为1.57和0.22, R3的R_s和R_p为1.49和0.23,比R2更接近厌氧氨氧化反应理论值.废铁屑在水中发生腐蚀,降低DO并提高pH值,且R2,R3污泥中铁含量分别为对照组的1.64倍和1.93倍,废铁屑不仅改善了厌氧氨氧菌的生境,还满足了其对铁元素的需求.高通量测序结果显示,在20~50d的运行过程中, R1,R2,R3中优势厌氧氨氧化菌属Candidatus_Kuenenia的相对丰度分别增加-1.05%,0.14%和0.96%,废铁屑的投加促进了厌氧氨氧化菌在低温下的生长,且间接投加促进效果更为显著.     

改进Orbal氧化沟工艺污水处理厂脱氮效果研究

Orbal氧化沟工艺在我国得到了广泛的应用,但在运行过程中也存在着脱氮效果低等问题.通过对Orbal氧化沟运行数据的监测分析和模拟发现,其脱氮效果差的主要原因是由于过度充氧导致氧化沟内溶解氧过高,抑制了系统内反硝化反应顺利进行造成的.通过减少曝气转碟的数量,有效的降低了系统内溶解氧浓度,沟内平均溶解氧浓度从改进前的0.51mg/L降低到改进后的0.20mg/L,提高了系统的脱氮效果.改进后脱氮效率比改造前同期脱氮效率有了显著提高,总氮去除率达到了70%,比去年同期提高了30%.     

短程反硝化耦合厌氧氨氧化强化脱氮工艺研究与应用进展

短程反硝化耦合厌氧氨氧化（PD-A）工艺外加碳源和曝气成本较低、NO₂ ⁻生成稳定高效、总氮去除率高,并且可以减少温室气体N₂O的排放,是一种新型的生物脱氮工艺。现有关于PD-A的研究多以水质条件单一的模拟废水为对象,针对实际废水的研究尚少。分析了PD-A工艺的机制与特点,通过对比核心功能菌短程反硝化菌和厌氧氨氧化菌的最佳生长条件,并结合现有研究提出PD-A工艺运行的优化策略,继而分析了PD-A工艺在实际废水中的应用案例。结果表明,优化COD/NO₃ ⁻、接种不同结构的污泥和添加生物膜载体等有利于工艺高效稳定地运行;PD-A工艺在实际生活污水、养殖废水、高硝酸盐废水的处理中实现了较高的脱氮率,说明其处理实际废水具有可行性。最后,对PD-A工艺的发展进行展望,认为应以实际废水为处理对象,进一步研究系统内核心菌群的协同作用机制和混合生物脱氮调控方式,以提升工艺的稳定性及碳氮协同处理效率。