好氧反硝化生物脱氮技术研究进展

好氧反硝化生物脱氮技术研究进展杜立刚1张聪琳2陈宝玉1f1武汉市政工程设计研究院有限责任公司湖北武汉4300232钰龙集团有限公司湖北武汉430023)摘要好氧反硝化新型生物脱氮理论的诞生，弥补传统生物脱氮工艺存在的不足，可简化工艺流程，节省基建和运行费用综述好氧反硝化茵的筛选分离方法．从微生物、生物化学及环境三个方面介绍好氧反硝化作用的机理。探讨影响好氧反硝化脱氮效率的因素．以及该技术在水产养殖和废水生物处理方面的应用和前景展望。关键词好氧反硝化筛选分离机理溶解氧浓度(DO)碳氧比(cN)中图分类号：X703．1文献标识码：A文章编号：1672—9064(2015)04—066—03氮素生物地球化学循环中．反硝化作用是其中一个重要的环节传统生物脱氮理论认为要实现废水生物脱氮必须是铵态氮首先被氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌在好氧条件下依次氧化为亚硝酸盐氮、硝酸盐氮，然后由反硝化细菌在厌氧或兼氧条件下将硝酸盐氮还原为氮气或氮氧化物，如图1EJ]。大多数反硝化菌为兼性厌氧菌．能够利用氧、硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体而当氧和硝酸盐或亚硝酸盐共存时．反硝化菌优先使用氧呼吸．阻止了硝酸盐或亚硝酸盐作为最终电子受体。因此，只有当氧浓度受限制时，硝酸盐或亚硝酸盐才能取代氧作为电子受体，实现反硝化作用。这种生物脱氮技术。存在以下弊端[2]：硝化和反硝化的不同要求致使两过程在时间和空间上难以统一．工艺流程长：系统抗冲击能力弱。系统HRT较长．需要较大的曝气池，投资和运行费用高：维持较高生物浓度及良好脱氮效果，必须同时进行污泥回流和硝化液回流．增加了动力消耗及运行费用：硝化过程中产生的酸度需要投加碱中和．增加了处理成本．还可能造成二次污染等近几年．新型脱氮生物的陆续发现．使人们对氮素的循环又有了新的认识国内外许多研究证明．在完全好氧的条件下．存在着反硝化作用3]好氧反硝化技术可以实现同步N舶|ion／№HNOa州O咖＼／／图1传统理论氨素循环硝化反硝化．即好氧反硝化可以和硝化反应在同一个反应器中发生．大大减少了系统空间和工程造价．也降低了操作难度和运行成本：反硝化释放出的OH一．可部分补偿硝化反应所消耗的碱．能使系统中DH值相对稳定。好氧反硝化现象的发现扩展了人们对生物脱氮的认识。1好氧反硝化茵的分离研究好氧反硝化菌在环境中并不是优势菌种．自然界中存在较少。因此，对好氧反硝化菌的筛选分离具有一定的难度。在实际筛选分离过程中．比较常用的方法有如下几种。(1)间歇曝气法好氧反硝化菌可同时利用0：和NO一，好氧、缺氧的频繁转换有利于其在竞争中取得优势地位，成为优势菌种Robertson等根据脱氮副球菌既能自养．又能异养．既可以在缺氧条件下。又可以在好氧条件下生长．通过间歇曝气分离筛选出好氧反硝化细菌脱氮副球菌LMD82．5(2)培养基选择法。利用呼吸制剂KCN来筛选好氧反硝化细菌．即在反硝化培养基中加入KCN．同时对培养基曝气。KCN可终止呼吸链中电子向氧分子的传递，从而抑制能利用氧作为电子受体的呼吸反应(3)异养硝化菌法。多人发现好氧反硝化菌同时又是异养硝化菌．因此可以应用乙酰胺作为碳源和氮源培养异养硝化菌．再验证其好氧反硝化效果_6_(4)酸碱指示剂法。用该指示剂对好氧反硝化菌进行初步筛选_7_在硝酸盐或亚硝酸盐培养基中加入溴百里酚蓝(BTB)．酸性条件下BTB指示剂显黄绿色．当好氧反硝化菌的反硝化作用消耗了硝酸盐或压硝酸盐后，pH上升，指示剂显蓝色．在筛选平板上会出现蓝色克隆或晕环2好氧反硝化机理研究到目前为主．好氧反硝化的过程和机理．还处于探索阶段。针对好氧反硝化现象．对其作用机理目前主要有3种解释。2．1微生物理论(1)协同呼吸理论。关于好氧反硝化菌的作用机理主要通过经典好氧反硝化菌株rI’}liosphaerapantotropha的研究得到的．大都数学者认同的好氧反硝化机理是由Robertson『4]等提出的协同呼吸理论协同呼吸理论认为反硝化过程中．分子氧和硝酸盐同时作为最终电子受体．即反硝化菌可以将电子从被还原的物质传递给氧气．同时也可以传递给硝酸盐在细胞色素C和细胞色素aa3之间的电子传递链中的“瓶颈现象”就可以克服因此也就允许电子流同时传输到反硝化酶以及分子氧中．反硝化反应就可能在好氧环境中发生(2)好氧反硝化酶作用。JettenE8]等从反硝化酶系的角度阐释了好氧反硝化现象在T．pantotropha里．存在着2种不同的硝酸盐还原酶(NAR)．即膜内硝酸盐还原酶和周质硝酸盐还原酶。膜内硝酸盐还原酶，在缺氧环境中具有活性：周质硝酸盐还原酶．在好氧环境中具有活性．它能利用氯酸盐作作者简介：kL,3-刚(1987～)，男，湖北武汉人，硕士研究生，从事水污染控制工程设计及研究。2015．No．4为电子受体．也不受叠氮化合物的影响。仅仅只有膜