生物法脱氮研究新进展_骆阳

生物法脱氮研究新进展骆阳王桂芳李晓惠`(浙江省义乌市环境保护监测站.义乌,32200,大连理工大学环境与生命学院,大连,116024)摘要片生物脱氮研究新进展进行了校全面的综述。主要介绍了扳程峭化反峭化、厌氧羲氧化和好氧反羲化等生物脱氮工艺的微生物学原理、研究应用现状及发展前景。关镇词生物脱氮新工艺很生物学原理传统生物脱氮理论认为,氨氮的去除需经硝化和反硝化两个过程,硝化由自养型硝化细菌在好氧条件下进行,反硝化由兼性异养菌完成。由于所利用的微生物和反应条件的不同,硝化和反硝化不能同时发生。由此而发展起来的生物脱氮工艺多用序列式硝化一反硝化模式运行。这些工艺在废水脱氮方面起到了一定作用。但传统生物脱氮工艺流程长,控制复杂,硝化细菌世代时间长,硝化过程中还产生H十,需加碱中和,反硝化细菌需以有机碳作为碳源和能源。最近的一些研究表明,自然界中存在着多种新的氮素转化途径,如短程硝化一反硝化,厌氧氨氧化,并发现硝化过程与反硝化过程可以同时发生。研究中发现多种新的氮素转化微生物,如好氧反硝化菌、异养硝化菌、厌氧氨氧化菌等。基于新的氮素转化途径提出了多种新型生物脱氮工艺。1、主要脱氮功能菌1.1好权氮妞化菌由好氧氨氧化菌作用的将氨氧化为亚硝酸盐的过程一般被认为是两步反应过程。第一步由氨单加氧酶(AMO)激活,将氨氧化为经胺,氧气与四氧化二氮都可能是这种酶的电子受体(方程.1一2),第二步过程由经胺氧化还原酶(HAO)激活,将经氨氧化成亚硝酸盐(方程.3)比幻:NH才+q+ZH++2一NHZOH+(1)NH才+NZq+ZH++一NH20H一十ZNO+(2)NHzOH+HZO一HNOZ+4H++(3)有氧气存在的条件下,反应产生的NO可被氧化成NO:。因此,在N.eutorpha菌的细胞悬浮液中仅能检测出少量的NO的存在阁。由方程.2可知,NZO;也是氨氧化的氧化剂。NHZOH和NO是中间产物,在NH20H被进一步氧化为Nq一时(方程.3),NO也同时被氧化出Nq(NZO`)。在有氧条件下(DO>0.8mg·L一`)好氧氨氧化菌将氨转化为亚硝酸。当氧气浓度低于0.8mg·L一`时,N认一作为电子受体,产物为No,N:O和NZr`」。Boek等[5〕研究表明,Nitr000monaseuropea和Nitrosomonaseutropha可在限氧条件下实现氮的去除。Abeliovieh等[`〕,彻ek等LS〕研究认为,氨也可作为反硝化的电子供体,这就意味着在一定条件下,Nitrosotnoans菌能在不需氧存在的条件下将氨氧化。当有NO或NOz存在时,在完全有氧的条件下,N.eutorpha菌能同时进行硝化和反硝化。显然,在有氧条件下,氮氧化合物在亚硝酸菌的代谢过程中起着一种调节作用,刺激亚硝酸菌的反硝化活性川。由于氮氧化合物的影响,氨氧化菌将氮部分氧化为气态N:q(约60%),部分氧化为亚硝酸盐(约40%)。这种特定的好氧氨氧化活动是由氮氧化合物激发的,没有氮氧化合物存在时,氨的消耗速率为3拌molNH3(g蛋白质)一’min一’。当有NO、存在时56(50ppm),氨的消耗速率提高到280拜molNH。(g蛋白质)一’imn一`。并同时进行反硝化。反硝化速率为150严molNq一(g蛋白质)一`min一`阔。但是,氮氧化合物对许多其它的微生物(亚硝酸氧化菌、异氧菌)有毒性作用8j[。通过投加氮氧化合物抑制氨氧化菌的生长和活性在废水处理中将具有重要意义,因为在由氨氧化菌作用的反硝化活动中,亚硝酸盐是主要的电子供体。1.2亚硝欲盐权化菌亚硝酸盐氧化菌较好氧氨氧化菌更为多样化,同氨氧化菌一样,亚硝酸盐氧化菌也有较高的基质吸附能力。通常亚硝酸盐氧化菌是无机自养微生物,一些iNtorbacetr硝化菌的菌株不仅可以自养生长也可以异养下生长,但异氧生长明显比自养生长缓慢得多。一些iNtorbacter的菌株在异养生长时可以进行反硝化,在缺氧条件下,硝酸盐可作为电子受体异养生长氧化有机物,促进微生物的厌氧生长闺.由于亚硝酸盐的氧化是一个可逆的过程,没有氧气存在时,亚硝酸盐氧化还原醉能将硝酸盐还原成亚硝酸盐10[」.硝化菌比好氧氮氧化菌对氧气的浓度变化更为敏感,当DO<0.5mg·L一`时,亚硝酸盐的氧化作用就会被完全抑制l[〕。因此,在亚硝酸盐的软化系统中必须严格控制DO的浓度以避免NOZ一的累积。氧气供应充足时,亚硝酸盐氧化菌的氧化速度要高于氨的氧化速度,因此,在自然界中和污水处理中都很少有亚硝酸盐的累积现象发生。1.3厌权且妞化菌厌氧氨氧化菌是一种无机化学自养菌,不需添加有机物作为碳源12[」。该类菌的世代周期为11d,生物产率系数是0.139dryweight(9NH一N)一’[,,〕。尽管是厌氧生长,但氧气对它的抑制作用是可逆的。它对于基质氨和亚硝