乾貨！全面介紹厭氧氨氧化

厭氧氨氧化介紹

引言：

隨著經濟的發展，科技的進步，城市化和工業化的進程不斷加快，水體受污染情況也日益彰顯出來。水體富營養化作為水體最表觀的污染現象，已經受到人們的重視。污水處理廠中的氮指標也成為了污水排放的一個重要標準。但是就目前而言，硝化反硝化是我們最主要的脫氮方法。但是這些也存在著效率低，剩餘污泥量大，能耗高等特點。因此，研究開發新型的，高效低耗的脫氮技術已經成為了現如今污水控制工程領域的重點研究方向。

一、厭氧氨氧化究竟有多熱

在目前的污水處理領域，如果說不知道厭氧氨氧化技術，真覺得有點不好意思。

(1)厭氧氨氧化是未來概念廠的核心技術

降低能耗：由於厭氧氨氧化工藝是在厭氧條件下直接將氨氮和亞硝氮轉化成氮氣，同時在好氧段只需將氨氮氧化為亞硝氮，省略後續亞硝氮氧化為硝態氮，所以節省了曝氣量。

能源回收：厭厭氧氨氧化菌將傳統反硝化過程所需的外加碳源全部省略，污水中的有機物可最大限度的進行回收產甲烷，而不是被氧化成二氧化碳。產生的甲烷又可以作為能源重新利用，從而使污水變廢為寶，成為「液體黃金」。

因此說，厭氧氨氧化的出現使得污水處理廠從耗能除污的末端，有機會轉化為零能耗或者能量輸出的化工廠。

下面我們詳細來了解厭氧氨氧化的前世今生。

二、脫氮工藝的發展

傳統的脫氮工藝採用的是硝化-反硝化工藝。通常的硝化過程是指在好氧情況下，利用好氧硝化菌將水中的氨氧化為硝酸根。這一過程分兩步進行：第一步是，氨氧化菌（AOB）將水中的氨氧化為亞硝酸根離子；第二部是亞硝酸鹽氧化菌將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽。反硝化是指在厭氧情況下，厭氧反硝化菌將硝酸根轉化為無害氮氣的過程。

隨著研究的進行，科學工作者在原來的硝化反硝化基礎上進行改進，開發出了短程硝化反硝化新型技術。相比較硝化反硝化過程來言，短程硝化反硝化是指把硝化反應控制在產亞硝酸鹽的階段，阻止進一步的硝酸根的形成，然後在厭氧情況下利用反硝化菌進行反硝化。這樣的話，脫氮過程相比較原來的硝化反硝化來說在過程上減少了，能夠減少反應中對氧氣以及碳源的需求。

自上世紀90年代起，厭氧氨氧化現象開始被發現，隨後，厭氧氨氧化作為一種新型的脫氮工藝開始進入人們的視線。厭氧氨氧化是指在缺氧情況下，以亞硝酸鹽為電子受體將氨氧化為氮氣。這一發現引起了水處理工程師廣泛的關注以及濃厚的興趣。

三、厭氧氨氧化概述

1995年，荷蘭的Mulder發現厭氧流化床中氨和硝酸鹽濃度同步下降的情況，而傳統觀點認為厭氧情況下氨不會被生物降解，他認為這是一種新的氮轉化過程，並將這一過程命名為厭氧氨氧化過程。

隨後，van de Graaf等證明厭氧氨氧化是一個生物反應，推測電子受體是亞硝酸鹽而不是硝酸鹽。並用厭氧流化床富集了後來被稱為厭氧氨氧化菌（AAOB）的細菌。

但是，科學家們對AAOB的提純培養均以失敗告終。直到1999年，Strous通過離心分離的方法分離出AAOB菌株，並且通過16S RNA測序，確認AAOB是浮黴菌門的成員。

四、厭氧氨氧化

厭氧氨氧化是指在缺氧條件下，以亞硝酸鹽做為電子受體，將氨轉化為氮氣，同時伴隨著以亞硝酸鹽為電子受體固定二氧化碳併產生硝酸鹽的生物過程。厭氧氨氧化實際包括兩個過程：第一過程，分解（產能）代謝：以氨為電子供體，亞硝酸鹽為電子受體，兩者以1:1的比例反應生成氮氣，並把產生的能量以ATP的形式儲存起來。第二過程，合成代謝：以亞硝酸鹽為電子受體提供還原力，利用碳源二氧化碳以及分解代謝產生的ATP合成細胞物質，並在這一過程中產生硝酸鹽。執行這一過程的就是AAOB。

硝化菌在氨氧化過程中產生亞硝酸鹽，為AAOB提供基質，因此，短程硝化作為給厭氧氨氧化提供亞硝酸鹽的反應過程，一般和厭氧氨氧化聯繫在一起。污水處理中氨氮是污水的一重要指標，在前置短程硝化的情況下，利用AOB將部分氨氮氧化為亞硝酸鹽，然後AAOB通過分解和合成代謝將氨和亞硝酸鹽反應掉，生成氮氣以及少量的硝酸鹽。執行這一過程的就是AAOB。這一過程中高濃度的亞硝酸鹽對AAOB有抑制作用，所以工藝中亞硝酸鹽濃度應保持在較低範圍。

AAOB生長非常緩慢，倍增時間需要7—22天，目前還無法純化培養，只能通過離心分離的辦法提純得到純度為99.8%的AAOB。這使得AAOB的研究受到阻礙，也給厭氧氨氧化工藝的應用和推廣帶來諸多不便。

和傳統的硝化反硝化工藝相比，厭氧氨氧化具有以下幾個優點：

①　厭氧氨氧化在缺氧條件下進行，不需要曝氣裝置供氧，，可以減少能量的消耗。

②　厭氧氨氧化以CO2作為碳源，不需要提供外加碳源，減少對碳源的消耗。

③　AAOB生長緩慢，產泥量低，減少剩餘污泥量，污泥處置費用低。

④　AAOB去除負荷高。最大氮負荷可達9.5kg/（m3·d）。

環境中對AAOB的影響因素：

1. 基質和產物

一般認為，AAOB對高濃度的氨氮和硝酸鹽有較高的耐受度，但是高濃度的亞硝酸鹽對AAOB有明顯的抑制作用，亞硝酸鹽在濃度達到0.1g/L時，就會完全抑制AAOB的作用，加入少量的NH2OH或者N2H4就可以使其恢復活性。

2. 溶解氧

AAOB是嚴格厭氧菌，因此其活性容易受到溶解氧（DO）的抑制。研究表明，氧分壓在0.5%空氣飽和時，氨和亞硝酸鹽的轉化完全停止。厭氧氨氧化被低濃度氧氣抑制說明：理論上可通過間歇曝氣完成短程硝化和厭氧氨氧化在同一容器內進行。

3. 有機物

研究表明，有機物存在會對AAOB的生長產生不利影響，存在一定有機物的情況下，AAOB難以和反硝化菌競爭亞硝酸鹽。Tang等發現，在COD/NO2-_N為2.92時，厭氧氨氧化受到抑制，異養反硝化菌成為優勢菌種，在這一條件下長期運行會使厭氧氨氧化脫氮性難以恢復。

五、總結

厭氧氨氧化作為一種新型的脫氮工藝，它的發現是污水處理領域的一大變革。相比較原來的硝化反硝化工藝以及短程硝化反硝化來說，厭氧氨氧化有著明顯的優勢，但是，由於菌種自身存在著增殖速度慢等問題，所以給研究以及應用帶來了諸多問題。充分了解AAOB的細胞特性和生理特點，以及在污水處理中可能存在的問題，提出切實可行有效的新型工藝是眾心所向的重要課題。