厌氧氨氧化技术生物脱氮机理
厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用
厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用厌氧氨氧化菌是一种能够在缺氧环境下利用氨氮为电子供体进行氨氮脱氮的微生物。
近年来，厌氧氨氧化菌在污水处理领域引起了广泛关注。
本文将介绍厌氧氨氧化菌的脱氮机理以及其在污水处理中的应用。
厌氧氨氧化菌是属于反硝化菌门，主要有矮小单杆菌（Anammox bacteria）和微粒状反硝化菌（Paired ammonium and nitrite oxidizer，abbreviated as Pano）等。
这些菌通过厌氧氨氧化过程，将氨氮直接氧化为氮气，同时释放出足够的能量以维持菌落的生长和代谢。
脱氮的过程中，厌氧氨氧化菌首先利用外源氨氧化酶将氨氮氧化为亚硝酸盐，然后通过反硝化途径将亚硝酸盐还原为氮气。
厌氧氨氧化菌在污水处理中的应用可以分为两个方面：一是在常规生物处理系统中应用；二是构建厌氧氨氧化反应器独立进行氨氮脱氮。
首先，厌氧氨氧化菌被应用于常规生物处理系统中，主要是为了提高系统的氮素去除效率。
在传统的生物脱氮系统中，通常需要同时存在硝化和反硝化菌来完成氮素去除过程，而厌氧氨氧化菌的出现，使得反硝化和硝化过程合二为一，从而减少了能量和资源的浪费。
与传统系统相比，厌氧氨氧化菌的应用能够大幅度降低碳源需求，减少氧气用量，降低运行成本。
除此之外，厌氧氨氧化菌对于污水中高浓度氨氮的处理效果更好，能够适应高氨氮负荷的条件。
其次，构建厌氧氨氧化反应器独立进行氨氮脱氮也是厌氧氨氧化菌应用的重要方向。
这种方式主要适用于那些氮污染较严重、氨氮浓度较高的废水处理厂。
通过构建厌氧氨氧化反应器，可以将废水中的氨氮高效转化为氮气，实现氮素的彻底去除。
此外，厌氧氨氧化反应器的运行条件相较于传统的硝化反硝化系统来说更容易控制，能够更好地适应不同废水的特性。
总的来说，厌氧氨氧化菌脱氮机理的研究以及其在污水处理中的应用对于提高氮素去除效率和减少处理成本具有重要意义。
随着对厌氧氨氧化菌认识的不断深入，相信其在污水处理领域的应用将会越来越广泛，为环境保护事业做出更大的贡献。
生物脱氮基本原理及影响因素
生物脱氮基本原理及影响因素生物脱氮是指通过生物微生物的作用，将有机氮转化为无机氮，进而将氮从生物体系中排出的过程。
生物脱氮涉及到多种微生物，包括硝化细菌、反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌等。
其基本原理是硝化细菌将氨氮转化为硝态氮，而反硝化细菌将硝态氮还原为氮气。
生物脱氮的基本步骤如下：1.硝化作用：硝化细菌利用氨氧化酶将氨氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐。
亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐，其中亚硝化细菌主要起到这一步骤的作用。
2.反硝化作用：反硝化细菌利用硝还酶将硝酸盐还原为氮气，并同时释放出能量。
3.厌氧氨氧化作用：厌氧氨氧化细菌将氨氮和亚硝酸盐一同氧化为硝酸盐，并产生亚硝酸盐。
生物脱氮的影响因素包括pH值、温度、氧气含量、基质浓度和微生物种类等。
具体包括以下几点：1.pH值：酸碱度会影响硝化细菌和反硝化细菌的生长和代谢。
通常，硝化细菌对中性或稍微酸性的环境更适宜，而反硝化细菌对中性或弱碱性的环境更适宜。
2.温度：温度是微生物生长和代谢的重要因素。
较高的温度有助于硝化细菌和反硝化细菌的活动，但过高的温度会导致微生物失活或细胞膜破坏。
3.氧气含量：硝化细菌需要足够的氧气进行氮转化过程，但反硝化细菌则需要较低的氧气含量或完全无氧环境。
因此，氧气含量会影响生物脱氮的效率和速率。
4.基质浓度：基质浓度是指水体中氨氮和亚硝酸盐的含量。
较高的基质浓度有利于生物脱氮的进行，但过高的浓度可能会抑制微生物的生长。
5.微生物种类：不同类型的硝化细菌和反硝化细菌具有不同的代谢特性和耐受性。
因此，微生物种类的组成和相对丰度会影响生物脱氮的效果和稳定性。
总体而言，生物脱氮是一种高效且环境友好的氮去除方法。
深入理解生物脱氮的基本原理和影响因素，有助于优化生物脱氮过程的设计和操作，提高氮去除的效率。
厌氧氨氧化工艺的机理及研究进展
建筑与预算CONSTRUCTION AND BUDGET2019年第5期DOI:10.13993/ki.jzyys.2019.05.015收稿日期：2019-01-04作者简介：王闯（1994-），男，硕士研究生，主要从事污水处理方面研究。
E-mail：512327695@中图分类号：X703.1文献标志码：B文章编号：1673-0402（2019）05-0056-051厌氧氨氧化技术原理1990年荷兰Delft 技术大学Kluyver 生物技术实验室提出了厌氧氨氧化工艺［1］。
该工艺突破了传统生物脱氮工艺中的基本理论概念。
该工艺利用AAOB （厌氧氨氧化菌）将废水中氨和亚硝酸转化为氮气，整个过程中无需外加碳源。
工程中生化表达式如下：NO 2-+NH 4+→N 2+H 2O（1-1）厌氧氨氧化细胞内反应中氮元素计量比为NH 4+∶NO 2-∶NO 3-=1∶1.32∶0.26主要化学反应式如下：NH 4++1.32NO 2-+0.66HCO 3-+0.12H +→1.0N 2+0.26NO 3-+0.066CH 2O 0.5N 0.15+2.03H 2O（1-2）与传统的脱氮工艺相比，能耗低，反应效率高，无需外加碳源等特点，是厌氧氨氧化工艺作为污水脱氮工艺的优势。
2厌氧氨氧化菌的分类AAOB （厌氧氨氧化菌）属于浮霉菌目，迄今为止，已发现的AnAOB 有6属18种，构成了独立的厌氧氨氧化菌科（Anammoxaceae ），并且AnAOB 广泛存在于自然生态系统中，如海洋海底沉淀物［2］、淡水沉积物［3］、油田开采地［4］、海洋厌氧盆地［5］、氧极区［6］、红树林区［7］、海洋冰［8］、淡水湖泊［9］以及海底地下热泉［10］等。
厌氧氨氧化的种类繁多，在常规或者极限环境中均存厌氧氨氧化工艺的机理及研究进展王闯，赵鑫宇，邓守鸿（沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁沈阳110168）摘要：近年来我国经济发展迅速，与此同时经济带来的弊端就是对环境的污染。
厌氧氨氧化生物脱氮研究进展
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厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用
厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用引言：近年来，随着人口的增加和城市化的加剧，城市污水处理工程变得愈发重要。
污水中的氮污染物是造成水体富营养化的主要原因之一，因此，对氮污染的有效处理成为了探究的热点。
厌氧氨氧化菌（anammox）作为一种新型的脱氮微生物，具有高效、环保的特点，在污水处理领域中得到了广泛关注。
本文将重点探厌烦氧氨氧化菌的脱氮机理及其在污水处理中的应用。
一、厌氧氨氧化菌的脱氮机理厌氧氨氧化菌是一种特殊的微生物，它可以利用氨和硝态氮直接在厌氧条件下进行自养脱氮作用，产生氮气。
其脱氮反应的主要方程式如下：NH4+ + NO2- → N2 + 2H2O通过上述反应，厌氧氨氧化菌将氨和硝态氮转化为氮气，实现了高效的脱氮作用。
从反应的方程式来看，厌氧氨氧化菌在脱氮过程中产生了没有产物的优势，防止了传统的硝化/反硝化过程中产生的氮气转化为氧化亚氮的过程，有效节约了能源消耗。
厌氧氨氧化菌的脱氮机理可以分为两个阶段：氨氧化和反硝化。
起首，在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌通过其特殊的内源胞器——亚细胞颗粒（anammoxosome）中的反应器，通过厌氧氨氧化过程将氨氧化为氮气和水。
其次，在厌氧氨氧化菌的亚细胞颗粒中，反硝化作用进一步转化硝态氮为氮气。
通过这两个阶段的反应，厌氧氨氧化菌可以高效地将氨和硝态氮转化为氮气，实现污水中氮的有效去除。
二、厌氧氨氧化菌在污水处理中的应用1. 优势与特点相比传统的硝化/反硝化工艺，厌氧氨氧化菌具有以下优势与特点：（1）高效：厌氧氨氧化菌的脱氮效率高于传统工艺，可以达到90%以上；（2）能源消耗低：由于厌氧氨氧化菌的脱氮反应不需要输入外源电子供体，因此能源消耗低于传统工艺；（3）占地面积小：接受厌氧氨氧化菌进行脱氮处理可以节约大量的处理设备和占地面积，尤其适合处理面积有限的城市污水处理厂；（4）适应性强：厌氧氨氧化菌对进水水质的适应性强，对COD、BOD等水质指标的影响较小。
厌氧氨氧化生物脱氮技术的演变、机理及研究进展
Ｅｖ ｌｔ ｎ ｏ ｕ ｉ ．ｍｅ ｈ ｎ ｓ ａ ｄ ｒ ｓ ａｒ ｈ ｐ ｏ ｒ ｓ ｆａ ａ ｒ ｂ ｃ ａ ｍＯ ｉｍ ｏ ｃ ａ ｉｍ ｎ ｅ ｅ ｃ ｒ ｇ ｅ ｓ ｏ ｎ ｅ ｏ ｉ ｍ ｎｕ ｏ ｉａ ｉ ｎ ｔ ｃ ｎ ｏ ｙ ｆ ｉ ｏ ｉａｌ ｅ ｉ ｉｃ ｔ ｘｄ ｔ ｅ ｈ ｏｌｇ ｏｒｂｏｌｇｃ ｎｔ ｆ ａ ｉ ｏ ｄ ｒ ｉ ｏｎ
通过该模型还可以看出在厌氧氨氧化过程中细胞质中的质子不断被消耗厌氧氨氧化体内不断产生质子故厌氧氨氧化反应建立了一个质子梯度这种梯度会产生一种质子驱动力p驱动质子通过质子通道从厌氧氨氧化体的内部向外部移出并借助三磷酸腺苷酶atpase的作用合成三磷酸腺atpase位于细胞质中亲水球状的atp合成区和厌氧氨氧化体膜中非亲水的质子迁移区
பைடு நூலகம்
章对 Ａ ａｌ ｌ ｎ ｆ 『） 】ｆ ｌ ｘ生物 脱 氮 技 术 的 演 变 、 机 理 及 研 究现 状 作 了全 面 的论 述 从 而 为 该 技 术 的 深 入 研 究 及 其 在 实 际 中
的 应 用 奠 定 基础 ， 同 时 为该 技 术 的 进 一 步 发 展提 出了具 体 的 建议 关键 词 ：厌 氧 氧 氧 化 ；代 谢 机 理 ； 生 物 脱 氯 ： 生化 模 型 中 图分 类 号 ：Ｘ ０ ． ７ ３１ 文 献标 识码 ：Ａ 文 章 编 号 ：ｌ０ ０ ９—２ ５ （ ０ ８ ０ｌ ０ ７～０ ４ ５ ２ ０ ） 一０ ０ ５
孙 洪 伟 ，彭 永臻 ，王 淑 莹 ，杨 庆 ，侯 红 勋
（ 匕 ＿ 业 夫 学 Ｊ ｆ 水 质 科 学 Ｌ水 环 境恢 复 Ｔ程 重 点 实 验 窀 ，北 京 １０ ２ ） Ｊ Ｉ 匕 ｔ ｉ ｊ ０ ０ ２ 摘 要 ：厌 氧 氨 氧 化 （ ａ ｘ 生 物 脱氨 技 术 由于 在 经 济 面 的 独 特 优 势 ，成 为近 年 国 内 外研 究 的 热 点 ，是 未 来 Ａｎ ｍｎ ，） 污 水 生 物 脱 氮技 术 发 展 的 主 流 国 内 对该 技 术 的 研 究与 国 外 还 存 在 较 大 的 差距 ，尤 其 在 Ａｎ ｍｍｏ ａ ｘ机 理 方 面 。 文
fa厌氧氨氧化
fa厌氧氨氧化厌氧氨氧化（ANAMMOX）是一种重要的生物脱氮过程，可以在厌氧条件下将氨氮和亚硝酸盐同时转化为氮气，实现生物脱氮。
相比传统的硝化反硝化过程，厌氧氨氧化具有更高的反应速率和更低的能源消耗，因此被广泛应用于污水处理、水体修复等领域。
一、厌氧氨氧化的原理厌氧氨氧化是在厌氧条件下，以氨氮和亚硝酸盐为电子受体，以有机物为电子供体，通过细菌的作用将氨氮和亚硝酸盐转化为氮气。
这个过程可以被概括为三个步骤：1.氨氧化：在氨氧化菌的作用下，氨氮被氧化为亚硝酸盐。
2.亚硝酸盐氧化：在亚硝酸盐氧化菌的作用下，亚硝酸盐被氧化为硝酸盐。
3.硝酸盐还原：在硝酸盐还原菌的作用下，硝酸盐被还原为氮气。
二、厌氧氨氧化的影响因素1.温度：厌氧氨氧化菌的生长和活性受到温度的影响。
一般来说，中温（25-35℃）和中温-高温（35-45℃）是适合厌氧氨氧化的温度范围。
2.pH值：厌氧氨氧化的最佳pH值范围是7.0-8.0。
当pH值低于7.0时，反应速率会降低；当pH值高于8.0时，会导致氨挥发和沉淀。
3.有机物：有机物是厌氧氨氧化菌的电子供体，其浓度会影响厌氧氨氧化的反应速率。
适量的有机物可以促进厌氧氨氧化菌的生长和活性。
4.氨氮和亚硝酸盐浓度：氨氮和亚硝酸盐浓度是影响厌氧氨氧化的重要因素。
高浓度的氨氮和亚硝酸盐会导致反应速率降低，而低浓度的氨氮和亚硝酸盐则可以促进反应的进行。
5.氧气：虽然厌氧氨氧化是在厌氧条件下进行的，但是微量的氧气可能会对厌氧氨氧化菌产生毒害作用。
因此，在运行厌氧氨氧化工艺时，需要严格控制氧气进入。
三、厌氧氨氧化的应用由于厌氧氨氧化具有高效、节能等优点，因此在污水处理、水体修复等领域得到了广泛应用。
例如，在污水处理厂中，可以将厌氧氨氧化工艺与传统的硝化反硝化工艺相结合，实现生物脱氮；在水体修复中，可以利用厌氧氨氧化菌来净化水质，提高水体的生态环境。
四、结论厌氧氨氧化是一种重要的生物脱氮过程，具有高效、节能等优点。
厌氧氨氧化脱氮及影响因素的研究
厌氧氨氧化脱氮及影响因素的研究随着社会和经济的不断发展，人类对环境的污染也越来越严重，其中氨氮排放是一个比较常见的问题。
氨氮是一种影响水体生态环境和人类健康的有害物质。
为了治理氨氮污染，近年来厌氧氨氧化脱氮技术备受关注。
本文将介绍厌氧氨氧化脱氮技术的相关内容及其影响因素。
一、厌氧氨氧化脱氮技术原理厌氧氨氧化脱氮适用于高氨氮、低COD的污水处理，该技术通过一系列微生物代谢反应，将氨氮转化为N2气体来达到脱氮的目的。
具体反应式如下：NH4+ + 1.32 O2 + 0.066 HCO3-→ NO2-+ 0.5 H2O + 1.32 CO2+ 2 H+ (1)NO2-+ 0.56 CH3OH + 0.028 CO2→ N2 + 0.56 HCO3-+ 0.56H2O (2)反应(1)中厌氧氨氧化作用将氨氮部分氧化为亚硝酸盐。
反应(2)则通过CH3OH供给电子和氢离子，将亚硝酸盐还原为氮气。
厌氧氨氧化脱氮过程需要特定的条件，如温度、pH、DO、氨氮和亚硝酸盐浓度等，才能实现厌氧氨氧化和反硝化过程的整合，具有较高的技术难度和操作要求。
二、影响因素1、温度温度是影响厌氧氨氧化反应速率的重要因素，温度升高活性污泥的代谢活跃度增强，反应速率加快，脱氮效果提高。
一般温度在25-35℃时，厌氧氨氧化和反硝化反应的速率较为适宜。
2、pHpH对微生物的代谢和生长有着重要影响，pH过低或过高都会导致生物代谢异常，影响脱氮效果。
厌氧氨氧化反应适宜的pH值在7.0-7.8之间，反硝化适宜的pH值在6.5-8.5之间，对pH值的控制对厌氧氨氧化脱氮技术的稳定和效率有很大的影响。
3、DO溶解氧是影响厌氧氨氧化和反硝化反应相关物质转化过程的重要因素。
DO的降低可以促进厌氧氨氧化与反硝化的相对平衡，有利于氨氮的脱除。
一般DO的含量应该控制在2.0mg/L 以下，较低DO可以保证反硝化过程的稳定及反应速度。
4、氨氮和亚硝酸盐浓度氨氮和亚硝酸盐的浓度对厌氧氨氧化脱氮过程的稳定性及脱氮效果有着重要影响。
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厌氧氨氧化技术生物脱氮机理
摘要：在过去一个多世纪中，传统的废水生物脱氮技术硝化-反硝化工艺得到了非常广泛的应用，随着生物技术的发展，涌现出很多新型的废水生物脱氮技术，厌氧氨氧化便是其中之一。
本文对厌氧氨氧化脱氮技术的作用机理和优缺点进行了分析。
关键词：生物脱氮；硝化；短程硝化；反硝化；厌氧氨氧化
Abstract: The traditional nitrification-denitrification process was widely used in the past century. With the development of biotechnology, many new biological nitrogen removal processes were put forward, such as anaerobic ammonium oxidation. This paper described the mechanisms and strengths-weaknesses of anaerobic ammonium oxidation technology.
Keywords: biological nitrogen removal; nitrification; shortcut nitrification; denitrification; anaerobic ammonium oxidation
氮是维持生态系统营养物质循环的一种重要元素，然而由于人类活动对自然生态系统中氮素循环的干扰和破坏，使之成为引起水质恶化、生物多样性降低和生态系统失衡的主要因素之一，已经严重影响了人类正常的生产生活。
对于氮素的污染控制己经受到了人们广泛的重视。
在废水脱氮技术的研发应用中，各种行之有效的脱氮处理工艺得到了发展，构成了废水脱氮处理的技术体系。
物化法除氮以其较为宽泛的适用性在工业废水脱氮中得到广泛发展，而生物法脱氮以低廉的成本、运行的简便等优点受到人们的青睐。
近些年来，随着生物技术的迅猛发展，国内外学者加强了对生物脱氮理论和技术的研究，多种氮转化途径被发现，新的脱氮反应机理被提出，由此产生了生物脱氮理念的革新，厌氧氨氧化生物脱氮便是其中之一[1]。
1 传统生物脱氮的原理
传统废水的生物脱氮是由两个阶段完成的。
这条途径也可称之为全程(或完全)硝化—反硝化生物脱氮。
第一阶段为硝化阶段，这一阶段是在好氧条件下由亚硝酸菌和硝化菌等细菌将氨将转化为硝酸盐，其反应可用(1)和(2)式表示：
NH4+ + 1.5O2 → NO2- +H2O +2H+(亚硝化过程，好氧) (1)
2NO2- ＋O2 → 2NO3- (硝化过程，好氧) (2)
总反应：
NH4+ + 2O2 → NO3- +H2O +2H+(3)
这些微生物在媒介物参加的情况下经历一系列单电子反应，其途径大致为[1]：
NH4+→(NH2)→NH2OH→(NHOH)→(NOH)→NO →NO2- →NO3-(4)
第二阶段为反硝化阶段，在厌氧条件下，异养型兼性细菌参与还原反应。
在该反应过程中硝酸盐作为电子接受体，并以有机碳作为碳源和能源。
反硝化途径为：
NO3-→NO2-→NO→N2O→N2(5)
因此，一个完整的脱氮过程，水中的氨氮转化成氮气要经历以下的步骤：
NH4+→NO2-→NO3-→NO2-→N2 (6)
上述过程就是传统的脱氮工艺的理论基础。
2 厌氧氨氧化的脱氮机理
厌氧氨氧化是指在厌氧或缺氧条件下，微生物直接以NH4+-N为电子供体，以NO2--N为电子受体，将NH4+-N、NO2--N转变成N2的生物氧化过程[2]。
在此过程中，NH4+-N的氧化无需分子态氧的参与，而NO2--N的还原也无需有机物参与。
如图1所示，目前推测厌氧氨氧化反应途径可能有多种。
其一是NH4+-N被氧化为羟氨(NH2OH)，NH2OH和NO2--N生成N2O的反应，N2O进一步转化为N2。
其二是NH4+-N和NH2OH反应生成N2H4，N2H4被转化成N2，并生成4个还原性[H]，还原性[H]被传递到亚硝酸还原系统形成NH2OH。
其三是NO2--N被还原为一氧化氮(NO)，NO被还原为N2O，N2O再被还原成N2或NH4+氧化为NH2OH，NH2OH经N2H4转化为N2。
图1 ANAMMOX可能的代谢途径
另有研究表明[3]，在厌氧氨氧化过程中存在以下平衡关系：NH4+-N消耗量、NO2--N消耗量和NO3--N产量之间的比例为1:1.32:0.26，其包括细胞合成在内的生物反应过程可表示为式(1)。
NH4++1.32NO2-+0.066H2CO3→0.13H++1.02N2+0.26NO3-+0.066CH2O0.5N
O0.15+ 2.03 H2O (1)
3 厌氧氨氧化的优越性
与其他脱氮工艺相比，厌氧氨氧化工艺具有以下优点：
(1) ANAMMOX过程中，氨可以直接用作反硝化反应的电子供体，因此不需要另外投加碳源，既节省费用，也防止了二次污染。
(2) 可经济有效地利用氧，供氧能耗大幅度降低。
这是因为在硝化反应中每氧化1molNH4+需消耗2molO2，而在ANAMMOX过程中，每氧化1molNH4+只需消耗0.75molO2，耗氧量下降62.5%。
(3) 由于ANAMMOX过程中氨氧化一步完成，产酸量大幅度下降，产碱量则降至零，从而节省了额外投加酸碱中和试剂的费用。
这是因为1molNH4+只产生1molH+，而硝化反应中则要产生2molH+；而在反硝化反应中每还原1molNO3-或NO2-都将产生1molOH-，ANAMMOX过程中则不会产碱。
(4) 与传统硝化系统相比，ANAMMOX过程的污泥产量是极低的，因此其运行费用要低得多。
4 结语
随着我国农业生产的发展，工业化进程的加快，氮污染问题日趋严重，不仅加剧了水体的富营养化，还对饮用水卫生和食品安全构成了巨大的威胁。
厌氧氨氧化脱氮技术缩短了氮素的转化过程，使得高效低耗的处理高氨低碳的废水成为了可能。
参考文献：
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[2] 王建芳, 涂宝华, 陈荣平等. 生物脱氮除磷新工艺的研究进展[J].环境污染治理技术与设备, 2003, 4 (9): 70-73.
[3] Strous M, Kuenen J G, Jetten M S M. Key physiology of anaerobic ammonium oxidation [J]. Appl Environ Microbiol,1999, 65 (7): 3248-3250.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。