廢水污泥中微生物脫氮技術研究

20年前，從荷蘭的污水處理廠污泥中發現了一種可以在厭氧條件下將氨生物氧化的微生物，即以亞硝態氮作為電子受體，氨作為電子供體的生物代謝反應，即為厭氧氨氧化過程(anaerobic ammonium oxidation，ANAMMOX)，隨后在海洋低氧帶及淡水河流湖泊中發現厭氧氨氧化污泥的廣泛分布，并活躍地參與自然界的氮循環. 理論上，1 mol NH4+可以與1.32 mol NO2-反應生成0.26 mol NO3-和 1.02 mol N2 [公式(1)].

　　厭氧氨氧化直接利用亞硝酸鹽氧化氨，整個過程無需額外投加碳源，并且僅有部分氨氧化為亞硝酸鹽. 與傳統的硝化-反硝化處理氨氮廢水相比，短程硝化-厭氧氨氧化技術可節省的碳源投加和約60%的曝氣量. 厭氧氨氧化技術不僅在國外得到廣泛的應用，而且現階段國內也有許多的高氨氮廢水處理工程應用該項技術，主要包括了污泥消化液、 味精生產廢水、 玉米淀粉生產廢水、 發酵廢水等.

　　近年來許多研究表明，厭氧氨氧化菌具有多種底物利用的能力. 有報道顯示厭氧氨氧化微生物可以利用SO42-和NH+4、 Fe3+和NH+4、 Mn4+和NH+4、 NO3-和丙酸鹽、 NO3-和Fe2+等物質獲得生命活動所必需的能量. 厭氧氨氧化微生物具有200多種催化酶(好氧氨氧化菌僅有50多種)，多樣的代謝酶系統支持其多種底物利用的能力.

　　零價鐵(ZVI)具有較強的還原能力，在作為硝酸鹽還原材料的同時，還能修復高毒性有機物污染、 重金屬污染，是較為理想的水處理材料. 采用零價鐵修復地下水中的硝酸鹽在20世紀90年代早已被實際應用. 以零價鐵作為電子供體的氧化還原反應中，NO3-首先被還原為NO2-，并繼續還原為NH4+. 其中小部分的NO3-也可能被還原成N2. 零價鐵還原硝酸鹽反應過程中，轉化1 mol NO3-需要10 mol H+，因此這種硝酸鹽轉化難以在酸度貧乏的體系中持續進行. 零價鐵化學還原硝酸鹽的主要產物為氨，易形成二次污染. 這嚴重制約了零價鐵還原硝酸鹽的技術開發與應用.

　　厭氧氨氧化微生物已被證明是一種具有多底物利用能力的微生物. 在零價鐵還原硝酸鹽的反應過程中，硝酸鹽首先被還原為亞硝酸鹽，隨后被進一步還原為氨. 該反應先后生成了亞硝酸鹽和氨兩種物質，厭氧氨氧化微生物能生物轉化這兩種底物. 由此推測，當零價鐵-硝酸鹽體系中存在厭氧氨氧化污泥時，硝酸鹽就能夠轉化為氮氣. 當這種微生物對亞硝酸鹽和氨的競爭力比零價鐵更強時，硝酸鹽轉化為氮氣的效率更高. 本課題組前期已證明ANAMMOX 菌能夠利用該體系中硝酸鹽轉化的亞硝酸鹽和氨，說明該體系中厭氧氨氧化對氨的競爭能力更強. 本研究探究了零價鐵還原硝酸鹽和厭氧氨氧化耦合反應的可行性，以期為開發這種新型脫氮脫氮技術提供一定經驗.

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