单级好氧和限氧污水处理系统中总氮损失的微生物学机理_张悦

应用与环境生物学报2009，15(3):399~404ChinJApplEnvironBiol=ISSN1006-687X2009-06-25DOI:10.3724/SP.J.1145.2009.00399传统生物脱氮理论认为生物脱氮包括硝化和反硝化两个阶段，相应的功能微生物分别是硝化细菌和反硝化细菌.硝化细菌通常是自养型好氧微生物，主要由亚硝化菌和硝化菌两类构成，分别从NH3-N和NO2-N的氧化过程中获得能量，需要O2作为呼吸的最终电子受体；反硝化细菌大都是异养型兼性厌氧菌，在厌氧条件下从有机物的氧化过程中获取能量，将NO3-N(或NO2-N)作为无氧呼吸时的电子受体.由于硝化细菌和反硝化细菌各自适宜的生长条件不同，现行的生物脱氮工艺几乎都是将硝化和反硝化过程独立运行[1]，如最具代表性的Bardenpho、A/O、A2O、UCT、双沟式氧化沟工艺(从空间上分开)和SBR工艺(从时间上分开).但是，近十余年来，在很多单级好氧或限氧的污水处理系统中都发现了总氮损失现象[2~5]，总氮损失率高达30%~51%，这一现象有悖于传统脱氮理论，其微生物学机理已成为研究热点.所谓“单级污水处理系统中的总氮损失”，就是通过脱氮微生物的协同作用，在同一空间、同一时间内完成氨氮(NH3-N)等化合态氮向氮气或气态氮氧化物转化的过程，由此，不仅氨氮得到去除，而且水处理系统中总氮浓度明显降低.目前，从物理学角度以“微环境理论”解释这种现象已被普遍接受.该理论认为，在单级系统中由于活性污泥絮体或者生物膜中的氧的浓度梯度使得硝化和反硝化同时进行.近年来，关于脱氮微生物种类和代谢途径多样性的研究有了很大进展，发现了几种新的脱氮途径和功能微生物，这不仅为单级系统中总氮损失现象提供了更加合理的解释，而且也为进一步探索新的生物脱氮技术奠定了理论基础.本文在传统脱氮理论的基础上，结合当前国内外研究现状，对引起单级污水处理系统中总氮损失的功能微生物及其微生物学机制进行阐述.1自养(亚)硝化菌脱氮传统脱氮理论认为，亚硝化菌在氨单加氧酶(AMO)的催单级好氧和限氧污水处理系统中总氮损失的微生物学机理*张悦1曾薇1**刘春兰2李磊1杨莹莹1彭永臻1(1北京工业大学环境与能源工程学院北京100124;2杭州市财政性投资项目评审中心杭州310009)MicrobiologicalMechanismofNit