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厌氧氨氧化——水处理界燃起的新星

关注:日期:2017-11-13

:长期以来,人们普遍认为反硝化是去除自然环境中无机氮的唯一生物途径,20世纪90年代发现的厌氧氨氧化反应打破了这一传统观念,为全球氮素循环增添了新的内容。

厌氧氨氧化过程在自然环境中是广泛存在的,自上世纪末荷兰学者首次发现了厌氧氨氧化过程,加拿大学者又证实了自然环境中厌氧氨氧化的存在,而后人类陆续的在海洋、湖泊、湿地等生态系统中发现了厌氧氨氧化过程。这对于氮的生物地球化学循环过程是一个极为重要的补充,也改变了人类以往对生物脱氮的认识。近十几年来,厌氧氨氧化过程也逐步成为研究的热点。

厌氧氨氧化是什么?

厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation)是指在厌氧条件下,厌氧氨氧化细菌以CO2为碳源以NO2-为电子受体,NH4+为电子供体,将NO2--N、NH4+-N转化为N2的过程。厌氧氨氧化也被认为是将NO2--N和NH4+-N永久性脱离生态系统的有效途径。Anammox 的反应式如下:

图1 厌氧氨氧化过程的预测模型及厌氧氨氧化菌形态

厌氧氨氧化影响因素

1. O2对厌氧氨氧化的影响

O2是影响厌氧氨氧化反应的一个重要因子。根据细菌与氧气的关系,可将其分为好氧细菌、厌氧细菌和兼性厌氧细菌;厌氧氨氧化菌属于典型的厌氧细菌。Jetten等在序批式反应器SBR中验证氧气对厌氧氨氧化的影响,反应器中厌氧与好氧交替运行,厌氧与好氧阶段分别持续2h,试验时间为20d。试验发现在2.1%、1.5%、1.0% 和0% 四种不同的空气饱和度下,只有当反应器中处于完全厌氧状态时(反应器中不停充人氢气以去除氧气),氨氮和亚硝酸氮才被去除。这证明厌氧氨氧化菌对O2非常敏感,反应只能在严格厌氧的条件下运行。如果O2的浓度超过2 μM,就会抑制厌氧氨氧化反应。

2. pH值对厌氧氨氧化的影响

pH值的控制对厌氧氨氧化反应的进行很重要,厌氧氨氧化菌对pH值的改变特别敏感。当pH值低于6.4时,厌氧氨氧化作用将不会发生,因为pH决定着NH3和NH4+的平衡。当pH值太低,自由氨浓度变得很低,而影响厌氧氨氧化菌的生长。当pH值过高时也不利于厌氧氨氧化菌生长,因为pH值过高,厌氧氨氧化菌的活性会下降,而太多的自由氨对厌氧氨氧化菌是有毒的。Jetten等研究表明,厌氧氨氧化菌适宜在pH值6.7~8.3之间生长。Strous在实验室试验发现当pH值在6~9之间时,特别是pH= 8.0左右时,NH4+、NO2-和NO3-都有最大转化率。


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