新型脱氮技术-一体化完全自养脱氮系统

第23卷第4期2007年7月水资源保护WATERRESOURCESPROTECTIONVol.23No.4Jul.2007作者简介:李慧莉(1970—),女,黑龙江哈尔滨人,博士研究生,研究方向为水污染控制。E2mail:hemagogo@tom.com新型脱氮技术:一体化完全自养脱氮系统李慧莉,吕炳南,李芳,王传山(哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090)摘要:从一体化完全自养脱氮工艺的反应机理、参与生化反应的微生物种群及其特点和一些试验结果等方面,综述了近年来国内外研究人员在生物脱氮方面的最新理论和试验成果,提出了一体化完全自养脱氮工艺的未来研究方向。关键词:一体化完全自养工艺;硝化反应;厌氧氨氧化;FISH检测中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1004Ο6933(2007)04Ο0073Ο04Newnitrogenremovaltechnology:Completelyautotrophicnitrogenremovalovernitrite(CANON)LIHui2li,L¨UBing2nan,LIFang,WANGChuan2shan(SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090,China)Abstract:Latesttheoryandexperimentalresultsinnitrogenremovaltechnologyathomeandabroadweresummarized,includingthemechanismofCANONtechnology,thespeciesandcharacteristicsofcorrelativemicroorganismsinthebiochemicalreactivityandexperimentalresults.AndtheresearchtrendsofCANONtechnologywerediscussed.Keywords:CANONtechnique;nitrification;ANAMMOX;FISHtest随着经济发展和人民生活水平的提高,含氮有机物的排放量急剧增加,导致水体富营养化日益严重。因此,近年来,有效地降低废水中氮、磷的含量已成为废水处理研究和应用的热点。生物脱氮技术是一种经济有效的治理技术。传统的生物脱氮技术主要包括硝化和反硝化过程,由化能自养的硝化菌群和异养反硝化菌群共同完成脱氮过程,将氨氮转化为氮气。由于菌群对环境(溶解氧、碱度)要求不同及相互对基质的竞争,为实现稳定脱氮功能,在运行中常常采用二个或二个以上反应器。因此,传统的生物脱氮工艺流程长、控制复杂、运行费用高[1]。为了提高生物脱氮的可应用性,在研究自然界中存在的多种氮素转化途径的基础上,研究者们开发了一些新工艺[2],如:一体化完全自养脱氮系统(CompletelyAutotrophicNitrogenRemovaloverNitrite,简称CANON)等。CANON工艺作为一种正在研究开发的自养生物脱氮系统,其反应过程与传统生物脱氮过程相比,可节省6215%的耗氧量和100%有机碳源。而且CANON工艺可在单一反应器内实现,可节省运行费用,脱氮效率高,反应系统易于控制,是一种非常经济、有效并有发展前途的生物脱氮系统。本文简要介绍了CANON生物脱氮系统的运行机制及微生物学机理。1生化反应机理CANON工艺是在单一反应器中的氧限制过程,是局部硝化作用和缺氧氨氧化的融合[3]。在氧限制条件下(溶解氧质量浓度小于013mg/L),好氧氨氧化菌将部分氨氮转化为亚硝酸盐;然后,在厌氧氨氧化菌的作用下,将亚硝酸盐和未被氧化的氨氮转化为氮气。具体反应过程如下。1.1氨氮氧化为亚硝酸盐的过程氨氧化细菌首先在氨单加氧酶(AMO)的作用下·37·©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net将氨氮氧化为羟胺(NH2OH)和水(H2O),此过程的2个电子来自于后续的羟胺氧化,通过细胞色素c(Cytc)和辅酶Q(CoQ)由羟胺氧化还原酶(HAO)传递给AMO。在HAO的作用下,羟胺被氧化为亚硝酸盐。此过程的化学反应方程式为[4]NH3+32O2NO-2+H2O+H+ΔG(NH3)=-30918kJ/molAMO是一种膜整合蛋白,HAO存在于质膜中[5]。此生化反应过程见图1。Cytaa3—细胞色素a;ADP—二磷酸腺苷;ATP—三磷酸腺苷;Pi:高能磷酸键图1亚硝化反应的过程1.2氨氮和亚硝酸盐转化为氮气