魏思佳
【摘 要】厭氧氨氧化的發(fā)現(xiàn)很大程度上提高了人們對(duì)氮循環(huán)的理解,厭氧氨氧化為高氨氮廢水的去除帶來(lái)很大希望。然而,有機(jī)碳源的存在會(huì)對(duì)該過(guò)程產(chǎn)生不利影響。在實(shí)際廢水中,會(huì)不可避免地存在有機(jī)碳及氮。厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)在單一系統(tǒng)中同時(shí)脫氮除碳。由于該工藝為生物脫氮過(guò)程,溫度是影響微生物的主要因素,所以溫度及有機(jī)物都會(huì)對(duì)厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)產(chǎn)生重要影響。本文綜述了有機(jī)物及溫度對(duì)厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)的影響,提出了當(dāng)前研究存在的問(wèn)題,展望了未來(lái)研究的重點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】厭氧氨氧化;反硝化;有機(jī)物;溫度
0 引言
全球氮循環(huán)的研究引發(fā)人們極大興趣,因?yàn)榈厥俏⑸锛爸参锼匦璧臒o(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。氮素是細(xì)胞體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的第四大常見(jiàn)元素。人類(lèi)活動(dòng)排放的廢水包含大量含氮化合物,它們以NH4+-N、有機(jī)氮、NO2-及NO3-的形式存在,會(huì)對(duì)水生生物產(chǎn)生毒害作用,消耗溶解氧,引起水體富營(yíng)養(yǎng)化,影響廢水再利用。廢水中存在的氮化合物可通過(guò)一系列方法去除,其中生物脫氮技術(shù)被廣泛應(yīng)用。
厭氧氨氧化可去除進(jìn)水中的氨氮及亞硝態(tài)氮,并產(chǎn)生硝態(tài)氮。低溫及有機(jī)物會(huì)抑制厭氧氨氧化菌的活性[1]。直接應(yīng)用厭氧氨氧化技術(shù)處理含氮含碳廢水存在問(wèn)題,它需要預(yù)先處理有機(jī)碳源。在實(shí)際生產(chǎn)中,工業(yè)廢水水溫通常在5-20℃,因此,探究低溫及有機(jī)物對(duì)厭氧氨氧化菌及反硝化菌的影響,可為厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)同時(shí)脫氮除碳的發(fā)展為提供理論依據(jù)。
1 研究進(jìn)展
厭氧氨氧化是指在厭氧條件下,微生物以NH4+為電子供體,NO2-為電子受體,將NH4+、NO2-轉(zhuǎn)化為N2的生物氧化過(guò)程。與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比,厭氧氨氧化技術(shù)具有能耗低、無(wú)需外加碳源、產(chǎn)泥量少等優(yōu)點(diǎn)。然而,由于NO3-的產(chǎn)生,使出水總氮濃度不達(dá)標(biāo)。在實(shí)際廢水處理中,常常含有有機(jī)污染物,而其可成為反硝化反應(yīng)的電子供體,厭氧氨氧化反應(yīng)產(chǎn)生的NO3-為電子受體,進(jìn)行反硝化反應(yīng)。
因此,厭氧氨氧化與反硝化反應(yīng)的耦合既可為前者消除有機(jī)物的影響,又可為后者的進(jìn)行提供反應(yīng)基質(zhì),不僅可以去除有機(jī)物,還提高了總氮去除率。
1.1 有機(jī)物
目前,學(xué)者對(duì)厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)的研究認(rèn)為,有機(jī)物濃度會(huì)影響厭氧氨氧化菌脫氮[2]。Dapena-Mora[3]等研究認(rèn)為50mM的乙酸鹽會(huì)抑制70%的厭氧氨氧化菌的活性;You[1]等研究發(fā)現(xiàn)0.5mM的甲醇會(huì)導(dǎo)致厭氧氨氧化菌立即完全失活;當(dāng)COD負(fù)荷增加時(shí),雖然厭氧氨氧化菌的活性降低,但反硝化菌的活性增強(qiáng)[4],這是因?yàn)楫?dāng)存在足夠的有機(jī)物時(shí),由于厭氧氨氧化菌與反硝化菌的生長(zhǎng)比率不同,反硝化菌會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)[5]。Chen等[6]通過(guò)PCR技術(shù)也驗(yàn)證了當(dāng)COD濃度為400mg/L時(shí),厭氧氨氧化菌的數(shù)量會(huì)減少而反硝化菌的數(shù)量會(huì)增多。
1.2 溫度
厭氧氨氧化與反硝化反應(yīng)對(duì)溫度變化的反應(yīng)不同。厭氧氨氧化菌的最適生長(zhǎng)溫度為30-40℃[7],其對(duì)溫度變化比較敏感,溫度從32℃下降到17℃后,反應(yīng)器內(nèi)的厭氧氨氧化活性受到顯著抑制[8]。溫度對(duì)反硝化作用的影響比其它廢水生物處理過(guò)程的影響要大,其適宜的溫度范圍為15-35℃,低于10℃時(shí)反硝化速率明顯下降[9]。因此,厭氧氨氧化菌與反硝化菌的活性都會(huì)受低溫抑制,但隨溫度升高而增加。
2 結(jié)語(yǔ)及展望
在處理含氮含碳廢水時(shí),應(yīng)用厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)不僅在技術(shù)上是可行的,在經(jīng)濟(jì)成本上也是合理的。厭氧氨氧化與反硝化耦合脫氮除碳的發(fā)展對(duì)垃圾滲濾液、制藥廢水等的處理用處很大,其耗能小、經(jīng)濟(jì)成本低。然而,有機(jī)物的種類(lèi)不同對(duì)耦合反應(yīng)的影響存在差異,今后需對(duì)具體有機(jī)物做具體分析,會(huì)使生物脫氮工藝在實(shí)際應(yīng)用中前景更廣闊。
【參考文獻(xiàn)】
[1]You J, Das A, Dolan E M, et al. Ammonia-oxidizing archaea involved in nitrogen removal[J]. Water Research, 2009,43(7):1801-1809.
[2]Güven D, Dapena A, Kartal B, et al. Propionate oxidation by and methanol inhibition of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria[J]. Applied and environmental microbiology, 2005,71(2):1066-1071.
[3]Dapena-Mora A, Fernandez I, Campos J, et al. Evaluation of activity and inhibition effects on Anammox process by batch tests based on the nitrogen gas production[J]. Enzyme and Microbial Technology, 2007,40(4):859-865.
[4]Kang J, Wang J-L. Influence of chemical oxygen demand concentrations on anaerobic ammonium oxidation by granular sludge from EGSB reactor[J]. Biomedical and environmental sciences: BES, 2006,19(3):192-196.
[5]Molinuevo B, García M C, Karakashev D, et al. Anammox for ammonia removal from pig manure effluents: effect of organic matter content on process performance[J]. Bioresource Technology, 2009,100(7):2171-2175.
[6]Chen C, Huang X, Lei C, et al. Effect of organic matter strength on anammox for modified greenhouse turtle breeding wastewater treatment[J]. Bioresource technology, 2013,148:172-179.
[7]Strous M, Kuenen J G, Jetten M S. Key physiology of anaerobic ammonium oxidation[J]. Applied and environmental microbiology, 1999,65(7):3248-3250.
[8]姚俊芹,劉志輝,鼠少奇.溫度變化對(duì)厭氧氨氧化反應(yīng)的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2013,7(10):3993-3996.
[9]徐亞同.pH值,溫度對(duì)反硝化的影響[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),1994,14(4):308-313.
[責(zé)任編輯:王楠]