厭氧氨氧化工藝是1990年荷蘭Delft技術大學Kluyver生物技術實驗室開發的。該工藝突破了傳統生物脫氮工藝中的基本理論概念。在厭氧條件下，以氨為電子供體，以硝酸鹽或亞硝酸鹽為電子受體，將氨氧化成氮氣，這比全程硝化（氨氧化為硝酸鹽）節省60%以上的供氧量。以氨為電子供體還可節省傳統生物脫氮工藝中所需的碳源。
基本介紹
- 中文名：厭氧氨氧化工藝
- 外文名：anaerobic ammonia oxidation process
- 影響因素：底物濃度、溫度、pH值
- 作用環境：厭氧條件
- 電子供體：氨
- 電子受體：硝酸鹽或亞硝酸鹽
簡介,機理,影響因素,
簡介
在傳統的生物脫氮工藝中，氮的去除是通過硝化與反硝化兩個獨立的過程實現的。傳統理論認為，進行硝化與反硝化的細菌種類和所需環境條件都不同，硝化細菌主要以自養菌為主，需要環境中有較高的溶解氧；而反硝化細菌與之相反，以異養菌為主，適宜生長於缺氧環境。所以很難構想能在同一反應器中同時實現硝化與反硝化兩個過程。然而，有不少研究和實踐證明，在各種不同的生物處理系統中存在有氧條件下的反硝化現象。研究還發現一些與傳統脫氮理論有悖的現象，如硝化過程可以有異養菌參與、反硝化過程可在好氧條件下進行、NH4可在厭氧條件下轉變成N2等。這些研究的結果，導致了不少脫氮新工藝的誕生。厭氧氨氧化工藝是1990年荷蘭Delft技術大學Kluyver生物技術實驗室開發的。該工藝突破了傳統生物脫氮工藝中的基本理論概念。在厭氧條件下，以氨為電子供體，以硝酸鹽或亞硝酸鹽為電子受體，將氨氧化成氮氣，這比全程硝化（氨氧化為硝酸鹽）節省60%以上的供氧量。以氨為電子供體還可節省傳統生物脫氮工藝中所需的碳源。同時由於厭氧氨氧化菌細胞產率遠低於反硝化菌，所以，厭氧氨氧化過程的污泥產量只有傳統生物脫氮工藝中污泥產量的15%左右。
機理
Van de Graaf等人通過同位素示蹤研究表明，氨被微生物氧化時，羥氨最有可能作為電子受體，而羥基本身又是由NO2分解而來，其反應的可能途徑如圖1所示。
圖1 氨被微生物氧化反應時的可能途徑示意氨厭氧氧化涉及的反應如下：
NH2OH+NH3→N2H4+H2O
N2H4→N2+4[H]
HNO2+4[H]→NH2OH+H2O
NH3+HNO2→N2+2H2O
HNO2+H2O+NAD→HNO3+NADH2
厭氧氨氧化涉及的是自氧菌，反應過程無需添加有機物。Jetten等人從ANAMMOX工藝的反硝化流化床反應器中分離並取得了ANAMMOX菌，經富集培養後獲得了一種優勢自氧菌，該優勢菌種為一種具有不規則球狀的革蘭氏陰性菌，顏色呈紅色。Jetten等人和Van de Graaf等人認為，好氧氨氧化菌在厭氧氨氧化過程中所起的作用不大，在厭氧條件下它們最大的氨氧化速率僅為2mol/(min·mg蛋白質)；而厭氧氨氧化菌的最大氨氧化速率可達55nmol/(min·mg蛋白質)，但是這種厭氧氨氧化細菌的比生長速率非常低，僅為0.003h-1，即其倍增時間為11d。厭氧氨氧化細菌的產率也很低，為11gVSS/gNH4+—N。因此，一般認為ANAMMOX工藝的污泥齡越長越好。
Strous等人研究了好氧和微氧條件下厭氧氨氧化污泥的性質，發現在好氧和微氧條件下均沒有發生氨氧化反應，這說明即使是微量的氧對厭氧氨氧化細菌也有較強的抑制作用。但是，發現氧氣對厭氧氨氧化的抑制是可逆的，即當氧氨氧化細菌從好氧或微氧條件下恢復到厭氧條件時，很快就能恢復活性。自厭氧氨氧化工藝提出以來，人們對這一全新的氨氧化過程進行了大量的研究。結果發現，在自然界的許多缺氧環境中（尤其是在缺氧/有氧界面上），如土壤、湖底沉積物等，均有厭氧氨氧化細菌存在。因此，厭氧氨氧化菌在自然界分布廣泛。
影響因素
（1）底物濃度
厭氧氨氧化過程的底物是氨和亞硝酸鹽，但如果二者的濃度過高，也會對厭氧氨氧化過程產生抑制作用。有研究表明，氨的抑制濃度為38.0~98.5nmol/L，
的抑制濃度為5.4~12.0nmol/L。Jetten等人的研究認為，在
濃度高於20nmol/L時，ANAMMOX工藝受到
的抑制，長期（2h）處於高
濃度下，ANAMMOX活性會完全消失，但在較低的
濃度（10nmol/L左右）下，其活性仍會較高。
（2）pH值
由於氨和
在水溶液中會發生離解，因此pH值對厭氧氨氧化有影響。研究表明，ANAMMOX工藝在pH值為6.7~8.3範圍內可以運行較好，最適pH值為8左右。
（3）溫度
厭氧氨氧化的適宜溫度為30~40℃，有研究認為，最適溫度在30℃左右。
