[科普中国]-厌氧氨氧化工艺

厌氧氨氧化工艺是1990年荷兰Delft技术大学Kluyver生物技术实验室开发的。该工艺突破了传统生物脱氮工艺中的基本理论概念。在厌氧条件下，以氨为电子供体，以硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体，将氨氧化成氮气，这比全程硝化（氨氧化为硝酸盐）节省60%以上的供氧量。以氨为电子供体还可节省传统生物脱氮工艺中所需的碳源。1

简介在传统的生物脱氮工艺中，氮的去除是通过硝化与反硝化两个独立的过程实现的。传统理论认为，进行硝化与反硝化的细菌种类和所需环境条件都不同，硝化细菌主要以自养菌为主，需要环境中有较高的溶解氧；而反硝化细菌与之相反，以异养菌为主，适宜生长于缺氧环境。所以很难设想能在同一反应器中同时实现硝化与反硝化两个过程。然而，有不少研究和实践证明，在各种不同的生物处理系统中存在有氧条件下的反硝化现象。研究还发现一些与传统脱氮理论有悖的现象，如硝化过程可以有异养菌参与、反硝化过程可在好氧条件下进行、NH4可在厌氧条件下转变成N2等。这些研究的结果，导致了不少脱氮新工艺的诞生。厌氧氨氧化工艺是1990年荷兰Delft技术大学Kluyver生物技术实验室开发的。该工艺突破了传统生物脱氮工艺中的基本理论概念。在厌氧条件下，以氨为电子供体，以硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体，将氨氧化成氮气，这比全程硝化（氨氧化为硝酸盐）节省60%以上的供氧量。以氨为电子供体还可节省传统生物脱氮工艺中所需的碳源。同时由于厌氧氨氧化菌细胞产率远低于反硝化菌，所以，厌氧氨氧化过程的污泥产量只有传统生物脱氮工艺中污泥产量的15%左右。1

机理Van de Graaf等人通过同位素示踪研究表明，氨被微生物氧化时，羟氨最有可能作为电子受体，而羟基本身又是由NO2分解而来，其反应的可能途径如图1所示。

氨厌氧氧化涉及的反应如下：

NH2OH+NH3→N2H4+H2O

N2H4→N2+4[H]

HNO2+4[H]→NH2OH+H2O

NH3+HNO2→N2+2H2O

HNO2+H2O+NAD→HNO3+NADH2

厌氧氨氧化涉及的是自氧菌，反应过程无需添加有机物。Jetten等人从ANAMMOX工艺的反硝化流化床反应器中分离并取得了ANAMMOX菌，经富集培养后获得了一种优势自氧菌，该优势菌种为一种具有不规则球状的革兰氏阴性菌，颜色呈红色。Jetten等人和Van de Graaf等人认为，好氧氨氧化菌在厌氧氨氧化过程中所起的作用不大，在厌氧条件下它们最大的氨氧化速率仅为2mol/(min·mg蛋白质)；而厌氧氨氧化菌的最大氨氧化速率可达55nmol/(min·mg蛋白质)，但是这种厌氧氨氧化细菌的比生长速率非常低，仅为0.003h-1，即其倍增时间为11d。厌氧氨氧化细菌的产率也很低，为11gVSS/gNH4+—N。因此，一般认为ANAMMOX工艺的污泥龄越长越好。1

Strous等人研究了好氧和微氧条件下厌氧氨氧化污泥的性质，发现在好氧和微氧条件下均没有发生氨氧化反应，这说明即使是微量的氧对厌氧氨氧化细菌也有较强的抑制作用。但是，发现氧气对厌氧氨氧化的抑制是可逆的，即当氧氨氧化细菌从好氧或微氧条件下恢复到厌氧条件时，很快就能恢复活性。自厌氧氨氧化工艺提出以来，人们对这一全新的氨氧化过程进行了大量的研究。结果发现，在自然界的许多缺氧环境中（尤其是在缺氧/有氧界面上），如土壤、湖底沉积物等，均有厌氧氨氧化细菌存在。因此，厌氧氨氧化菌在自然界分布广泛。1

影响因素（1）底物浓度

厌氧氨氧化过程的底物是氨和亚硝酸盐，但如果二者的浓度过高，也会对厌氧氨氧化过程产生抑制作用。有研究表明，氨的抑制浓度为38.0~98.5nmol/L， 的抑制浓度为5.4~12.0nmol/L。Jetten等人的研究认为，在浓度高于20nmol/L时，ANAMMOX工艺受到的抑制，长期（2h）处于高浓度下，ANAMMOX活性会完全消失，但在较低的浓度（10nmol/L左右）下，其活性仍会较高。1

（2）pH值

由于氨和在水溶液中会发生离解，因此pH值对厌氧氨氧化有影响。研究表明，ANANNOX工艺在pH值为6.7~8.3范围内可以运行较好，最适pH值为8左右。

（3）温度

厌氧氨氧化的适宜温度为30~40℃，有研究认为，最适温度在30℃左右。1

本词条内容贡献者为:

郑国忠 - 副教授 - 华北电力大学