人工湿地中氮代谢微生物的共存策略及机理_马建国

2011年7月第四届全国农业环境科学学术研讨会论文集603人工湿地中氮代谢微生物的共存策略及机理*马建国1，刘月敏2，陆明3(1.滨海高新区开发建设有限公司,天津300301；2天津城市建设学院环境与市政工程系,天津300384；3吉宝鸿达（天津生态城）房地产开发有限公司天津300480)摘要：人工湿地中氮元素主要依靠多种微生物的联合作用脱除，因此氮代谢微生物的和谐共存成为人工湿地高效脱氮的基础。本文分析回顾了氨氧化细菌、亚硝酸盐氧化菌、反硝化细菌及厌氧氨氧化菌等主要氮代谢微生物的共存策略及反应机理。关键词：人工湿地；氮代谢微生物；共存Co-existenceofMicrobeforNitrogenMetabolisminConstructedWetland-StrategyandMechanismMAJian-guo1,LIUYue-min2,LUMing3(1.BinhaiHi-TechIndustryParkDevelopment&ConstructionCo.,Ltd,Tianjin300301,China;2.DepartmentofEnvironmentandMunicipalEngineering,TianjinInstituteofUrbanConstruction,Tianjin300384,China);3.KeppelHongda(TianjinEco-City)PropertyDevelopmentCo.,Ltd.,Tianjin300480,China)Abstract:Nitrogeninwastewaterwasremovedmainlybythecombinationofvariousmicroorganismsinconstructedwetland.Theco-existenceofnitrogenmetabolismmicroorganismswasbasisofefficiencyremovalofnitrogen.Thestrategiesandmechanismofammoniaoxidizingbacteria,nitrite-oxidizingbacteria,denitrifyingbacteriaandanaerobicammoniumoxidationbacteriawasreviewedandanalyzed.Keywords:constructed;nitrogenmetabolismmicroorganisms;co-existence氮元素价态多（+5~-3），存在形式复杂，其转化过程包括多种生物反应和非生物反应。一般认为，污水处理过程中氮元素主要通过生物反应去除。由于人工湿地可提供相互交叉的好氧、缺氧、厌氧的环境，多种氮代谢微生物群落可共同生存，相互补充，提高人工湿地的脱氮效率，人工湿地可满足低氮工业废水及生活污水中的除氮需要[1]。本文主要总结人工湿地中的氮代谢反应、主要氮代谢微生物的种类、共存策略及机理。1人工湿地中的氮代谢及主要微生物Tanneretal[2]和JanVymazal[3]详细总结了人工湿地中氮的转化过程，发现多数反应（例如氨化和硝化）“只能”在氮的不同形式间转化，将氮从污水中脱除的反应只有氨挥发、反硝化、植物同化作用（通过收获植物），氨吸附、厌氧氨氧化（ANAMMOX）和氮沉积（表1）。由表1可见，只有少数生物反应可直接除氮，其中硝化-反硝化反应在氮元素去除过程中起主导作用，近年厌氧氨氧化反应等微生物反应也逐渐作者简介：马建国（1970—），男，从事水处理工程研究。E-mail:mjg200568@sina.com第四届全国农业环境科学学术研讨会论文集2011年7月604引起人们的重视。表1人工湿地中的氮转化途径1.1硝化-反硝化反应硝化-反硝化除氮被认为是传统的微生物脱氮途径，由几类生理功能差异很大的微生物协同完成。硝化反应是由两类群微生物参与的两步反应（反应方程式1，2），参与硝化反应的微生物主要包括将NH4+-N转化为NO2--N的氨氧化菌（AOB）和将NO2--N转化为NO3--N的亚硝酸盐氧化菌（NOB）（表2）。NH4++1.5O2→NO2-+2H++H2O(△G=-260.2kJ/M)(1)NO2-+O2→NO3-(△G=-75.8kJ/M)(2)表2人工湿地中主要氮代谢微生物及特点细菌类型氨氧化菌（AOB）亚硝酸氧化菌（NOB）反硝化细菌（DNB）厌氧氨氧化菌（ANAMMOX）催化反应NH4+→NO2-NO2-→NO3-NO-3→N2NH4++NO2-→N2碳源CO2或HCO3-CO2或HCO3-有机物有机物CO2或HCO3-能源NH4+NO2-有机物NH4+需氧量4.3平共处mgO2·mg-1NH4+-N不需氧不需氧营养类型