废水污泥中微生物脱氮技术研究

20年前，从荷兰的污水处理厂污泥中发现了一种可以在厌氧条件下将氨生物氧化的微生物，即以亚硝态氮作为电子受体，氨作为电子供体的生物代谢反应，即为厌氧氨氧化过程(anaerobic ammonium oxidation，ANAMMOX)，随后在海洋低氧带及淡水河流湖泊中发现厌氧氨氧化污泥的广泛分布，并活跃地参与自然界的氮循环. 理论上，1 mol NH4+可以与1.32 mol NO2-反应生成0.26 mol NO3-和 1.02 mol N2 [公式(1)].

　　厌氧氨氧化直接利用亚硝酸盐氧化氨，整个过程无需额外投加碳源，并且仅有部分氨氧化为亚硝酸盐. 与传统的硝化-反硝化处理氨氮废水相比，短程硝化-厌氧氨氧化技术可节省的碳源投加和约60%的曝气量. 厌氧氨氧化技术不仅在国外得到广泛的应用，而且现阶段国内也有许多的高氨氮废水处理工程应用该项技术，主要包括了污泥消化液、 味精生产废水、 玉米淀粉生产废水、 发酵废水等.

　　近年来许多研究表明，厌氧氨氧化菌具有多种底物利用的能力. 有报道显示厌氧氨氧化微生物可以利用SO42-和NH+4、 Fe3+和NH+4、 Mn4+和NH+4、 NO3-和丙酸盐、 NO3-和Fe2+等物质获得生命活动所必需的能量. 厌氧氨氧化微生物具有200多种催化酶(好氧氨氧化菌仅有50多种)，多样的代谢酶系统支持其多种底物利用的能力.

　　零价铁(ZVI)具有较强的还原能力，在作为硝酸盐还原材料的同时，还能修复高毒性有机物污染、 重金属污染，是较为理想的水处理材料. 采用零价铁修复地下水中的硝酸盐在20世纪90年代早已被实际应用. 以零价铁作为电子供体的氧化还原反应中，NO3-首先被还原为NO2-，并继续还原为NH4+. 其中小部分的NO3-也可能被还原成N2. 零价铁还原硝酸盐反应过程中，转化1 mol NO3-需要10 mol H+，因此这种硝酸盐转化难以在酸度贫乏的体系中持续进行. 零价铁化学还原硝酸盐的主要产物为氨，易形成二次污染. 这严重制约了零价铁还原硝酸盐的技术开发与应用.

　　厌氧氨氧化微生物已被证明是一种具有多底物利用能力的微生物. 在零价铁还原硝酸盐的反应过程中，硝酸盐首先被还原为亚硝酸盐，随后被进一步还原为氨. 该反应先后生成了亚硝酸盐和氨两种物质，厌氧氨氧化微生物能生物转化这两种底物. 由此推测，当零价铁-硝酸盐体系中存在厌氧氨氧化污泥时，硝酸盐就能够转化为氮气. 当这种微生物对亚硝酸盐和氨的竞争力比零价铁更强时，硝酸盐转化为氮气的效率更高. 本课题组前期已证明ANAMMOX 菌能够利用该体系中硝酸盐转化的亚硝酸盐和氨，说明该体系中厌氧氨氧化对氨的竞争能力更强. 本研究探究了零价铁还原硝酸盐和厌氧氨氧化耦合反应的可行性，以期为开发这种新型脱氮脱氮技术提供一定经验.

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