厌氧氨氧化的简介——李权
浅谈厌氧氨氧化及其工艺的研究
浅谈厌氧氨氧化及其工艺的研究摘要：厌氧氨氧化指的是在缺氧条件下以亚硝酸盐为电子受体将氨氧化为氮气的过程，该过程由一类独特的、被称为“厌氧氨氧化菌”的专性厌氧微生物催化完成；更重要的是，厌氧氨氧化在污水处理领域显示出良好的应用潜力，目前厌氧氨氧化工艺及其应用成为了研究的热点，本文重点介绍厌氧氨氧化菌的生物学特性，厌氧氨氧化反应原理，厌氧氨氧化工艺的影响因素及实际工程应用。
关键词：生物脱氮；厌氧氨氧化工艺；工程应用随着工农业生产的飞速发展和和生活水平的不断提高，人类活动对自然环境产生巨大影响，导致各类氮素化合物累积。
其中，水体氮素污染问题尤为严重。
新型生物脱氮技术按其生化反应原理可分为两类基本技术,一类是基于硝化一反硝化生化过程的新型生物脱氮工艺，另一类为基于厌氧氨氧化（ANAMMOX）反应的新型生物脱氮工艺。
1厌氧氨氧化菌的生物学特性厌氧氨氧化菌作为浮霉菌的一类，必然具有浮霉菌细胞所具有的一切特性。
浮霉菌具有十分独特而典型的细胞结构：由膜包裹形成的亚细胞结构。
这种浮霉菌的特征结构在厌氧氨氧化菌中也得到体现，如图1所示。
透射电镜分析表明厌氧氨氧化菌有自己独特的一类由膜包裹形成的细胞器，被命名为厌氧氨氧化体）。
厌氧氨氧化菌从外到内由八部分构成：（1）细胞壁；（2）细胞质膜；（3）PP质；（4）细胞内质膜；（5）核糖质；（6）细胞类核；（7）厌氧氨氧化体膜；（8）厌氧氨氧化体。
2厌氧氨氧化原理厌氧氨氧化是指在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌将NH4+和NO2－直接转变为N2。
厌氧氨氧化的化学计量关系如式1。
NH4++1.32NO2-+0.066HCO3-+0.12H+→1.0N2+0.26NO3-+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O（式1）3厌氧氨氧化相关工艺3.1 ANAMMOX工艺ANAMMOX工艺是在缺氧条件下利用厌氧氨氧化菌，将废水中的NH4+和NO2－转化为N2的方法。
要实现厌氧氨氧化工艺，废水基质需含有NH4+与NO2-，而典型的废水中氮素主要以NH4+氧形态存在。
厌氧氨氧化反应器
厌氧氨氧化反应器中的微生物通过厌 氧氨氧化反应，将氨和亚硝酸盐作为 电子供体和受体，进行氧化还原反应 ，生成氮气和能量。
厌氧氨氧化反应器的应用领域
01
02
03
污水处理
厌氧氨氧化反应器可用于 污水处理厂，提高脱氮效 率，减少能源消耗和温室 气体排放。
生物能源
厌氧氨氧化反应器可以用 于生产生物能源，如氢气 和甲烷，为可再生能源提 供新的途径。
。
03
与生物滤池结合
利用生物滤池提供生物膜载体，提高厌氧氨氧化反应器的处理能力。
CHAPTER
05
厌氧氨氧化反应器的未来展望
厌氧氨氧化反应器在污水处理领域的应用前景
高效脱氮
厌氧氨氧化反应器能够实现高效脱氮，降低污水处理过程中的氮 排放，有助于改善水体质量。
节能降耗
相较于传统的硝化反硝化过程，厌氧氨氧化反应器在处理过程中不 需要额外投加碳源，降低了能耗和物耗。
厌氧氨氧化反应器
汇报人：可编辑 2024-01-04
CONTENTS
目录
• 厌氧氨氧化反应器简介 • 厌氧氨氧化反应器的设计和运行 • 厌氧氨氧化反应器的微生物学 • 厌氧氨氧化反应器的研究进展 • 厌氧氨氧化反应器的未来展望
CHAPTER
01
厌氧氨氧化反应器简介
定义与工作原理
定义Байду номын сангаас
厌氧氨氧化反应器是一种生物反应器 ，用于在厌氧条件下将氨和亚硝酸盐 转化为氮气，同时产生能量。
生物质能利用
厌氧氨氧化反应器可以应用于生物质能利用领域，实现生 物质的厌氧发酵和产气，同时去除废水中的氨氮。
厌氧氨氧化反应器面临的挑战与解决方案
技术成熟度
厌氧氨氧化 碱度消耗
厌氧氨氧化与碱度消耗一、概述厌氧氨氧化是指在厌氧条件下，微生物将氨氮和亚硝酸盐转化为氮气的过程。
这一过程被广泛应用于污水处理、生物脱氮等领域。
然而，厌氧氨氧化过程中会消耗大量的碱度，主要是碳酸氢盐碱度（HCO₃-）和重碳酸盐碱度（CO₃²⁻）。
因此，了解碱度消耗的机制和影响因素对于优化厌氧氨氧化工艺的运行具有重要的实际意义。
二、厌氧氨氧化原理厌氧氨氧化是在厌氧条件下，微生物催化将氨氮和亚硝酸盐转化为氮气的过程，同时产生能量和新的细胞物质。
这个反应过程中，1mol的氨氮和亚硝酸盐转化成氮气需要消耗0.44mol的碳酸氢盐碱度和0.03mol的重碳酸盐碱度。
三、碱度消耗在厌氧氨氧化过程中，碳酸氢盐碱度和重碳酸盐碱度被大量消耗。
碳酸氢盐碱度主要用于中和反应中产生的H⁺，保持反应体系的pH稳定。
重碳酸盐碱度则主要用于提供反应所需的CO₂。
四、影响碱度消耗的因素1.反应底物浓度：反应底物浓度越高，同等条件下消耗的碱度就越多。
2.反应温度：温度升高时，反应速率加快，同等条件下消耗的碱度也会相应增加。
3.微生物活性：微生物活性越高，同等条件下消耗的碱度也会越多。
4.pH值：pH值对反应平衡和微生物活性有重要影响，进而影响碱度消耗。
在一定范围内，适当提高pH值可以促进厌氧氨氧化反应的进行，但pH值过高或过低都会对微生物活性产生不利影响。
5.有机物浓度：有机物浓度的增加可能会对厌氧氨氧化细菌产生抑制作用，从而影响碱度消耗。
6.游离氨（FA）和游离亚硝酸盐（FNA）浓度：游离氨和游离亚硝酸盐浓度的增加会对厌氧氨氧化细菌产生抑制作用，从而影响碱度消耗。
7.反应器类型与设计：不同类型的反应器（如完全混合反应器、序批式反应器等）和不同的设计参数（如水力停留时间、污泥龄等）也会对碱度消耗产生影响。
8.进水水质：进水中的有毒物质、重金属离子等可能会对厌氧氨氧化细菌产生抑制作用，从而影响碱度消耗。
9.运行参数：运行参数如温度、pH值、溶解氧等也会对碱度消耗产生影响。
厌氧氨氧化反应器资料总结
厌氧氨氧化反应器资料总结厌氧氨氧化反应器的工作原理主要是依靠两种细菌的协同作用。
第一种是厌氧氨氧化细菌，它们能够在无氧条件下将氨氮转化为亚硝酸氮。
第二种是硝化细菌，它们能够将亚硝酸氮转化为硝酸氮。
这两种细菌通过共生关系相互依存，实现了氨氮的转化和氮的去除。
在一个典型的厌氧氨氧化反应器中，底部设置有氨氧化反应区，顶部设置有硝化反应区。
气体通过底部进入氨氧化反应区，氨氧化细菌在这里将氨氮转化为亚硝酸氮。
然后，液体逐渐上升到硝化反应区，硝化细菌在这里将亚硝酸氮转化为硝酸氮。
最后，反应后的液体通过出口排出，经过一系列处理后即可达到排放标准。
1.可以处理高氮废水：与传统的生物处理方法相比，厌氧氨氧化反应器能够更有效地处理高氮废水。
这是因为厌氧氨氧化反应器可以同时进行氨氧化和硝化，减少了处理过程中对氮的要求。
2.能耗低：相比传统的氨氧化和硝化分离工艺，厌氧氨氧化反应器只需要一个反应器即可完成两个步骤的反应，减少了设备的能耗。
3.占地面积小：厌氧氨氧化反应器具有较高的处理能力，而且不需要额外的氧气供应设备，因此其占地面积较小，适用于空间有限的场所。
1.适宜的操作条件：厌氧氨氧化反应器对温度、pH值等操作条件有一定要求，需要根据具体情况进行调整和控制。
2.细菌的选择和培养：良好的反应效果依赖于良好的细菌活性。
因此，选择适宜的细菌种类并进行培养是关键的一步。
3.反应器的设计和运行：良好的反应器设计和运行可以提高处理效果。
需要根据具体情况设计反应器的结构和操作参数，并进行合理的操作和维护。
总之，厌氧氨氧化反应器是一种用于处理含氮废水的有效装置。
它具有处理能力强、能耗低和占地面积小等优点，但需要注意选择适宜的操作条件、细菌种类和反应器设计和运行。
未来，厌氧氨氧化反应器还有进一步的发展空间，可以通过改进反应器结构和提高细菌活性等方面来提高处理效果。
厌氧氨氧化菌PPT
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发现与历史
发现
厌氧氨氧化菌的发现可以追溯到20世纪90年代，荷兰科学家在污水处理厂的厌氧沉淀池中发现了这 种微生物。
历史
自发现以来，厌氧氨氧化菌成为了研究热点，其研究涉及生物反应机制、生态学和污水处理等方面。
生态与环境分布
生态
厌氧氨氧化菌在自然界的生态系统中 广泛存在，特别是在缺氧或低氧的生 态系统如河流、湖泊和海洋等中占据 重要地位。
水、食品加工废水等高氨氮废水，降低废水对环境的污染。
研究成果转化案例
总结词
将厌氧氨氧化菌的研究成果转化为实际应用技术和产品 ，推动相关产业的发展。
详细描述
基于厌氧氨氧化菌的研究成果，开发高效、环保的生物 脱氮技术和设备。例如，利用厌氧氨氧化菌的特性，开 发出新型生物反应器，提高脱氮效率和稳定性。此外， 将厌氧氨氧化菌应用于环保产业、农业等领域，推动相 关产业的可持续发展。同时，通过技术转让、合作开发 等方式，将研究成果转化为实际生产力，促进经济发展 和社会进步。
厌氧氨氧化菌
目录
• 厌氧氨氧化菌简介 • 厌氧氨氧化菌的生物特性 • 厌氧氨氧化菌在污水处理中的应用 • 厌氧氨氧化菌的研究进展与挑战 • 厌氧氨氧化菌的实际案例
01 厌氧氨氧化菌简介
定义与特性
定义
厌氧氨氧化菌是一种自养型微生物， 能够利用亚硝酸盐作为电子受体，将 氨氧化为氮气。
特性
厌氧氨氧化菌具有专性厌氧的特性， 对氧气敏感，只有在低氧或无氧环境 中才能正常生长。
03
在高氨废水处理中，需根据废 水的具体情况选择合适的预处 理和后处理工艺，以确保处理 效果和达标排放。
在其他方面的应用
污水处理中的厌氧氨氧化技术
拓宽应用范围
厌氧氨氧化技术适用于多种 类型的废水处理，包括工业 废水、城市污水等，具有广 泛的应用前景。
对未来研究的展望
深入研究反应机制
开发高效反应器
进一步深入研究厌氧氨氧化 技术的反应机制和微生物学 特性，有助于优化反应过程
和提高处理效率。
研发高效、稳定的厌氧氨氧 化反应器是未来的研究重点 ，有助于实现技术的规模化
应用。
拓展应用领域
加强工程实践研究
将厌氧氨氧化技术应用于更 多类型的废水处理领域，如 高盐废水、含重金属废水等
，以拓宽其应用范围。
加强厌氧氨氧化技术在工程 实践中的应用研究，不断完 善技术的实际运行效果和经
济效益。
THANKS
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pH值
厌氧氨氧化反应的最佳pH值为7.0-8.0。
温度
厌氧氨氧化反应的最佳温度为30-40℃。
停留时间
厌氧氨氧化反应的停留时间一般为2-4小时。
溶解氧
厌氧氨氧化反应中，溶解氧的浓度应低于0.5mg/L。
03
厌氧氨氧化技术的优势与 挑战
厌氧氨氧化技术的优势
节能减耗
厌氧氨氧化技术是一种节能的污水处 理技术，相较于传统的硝化反硝化过 程，可以显著降低能耗。
例如，在北京某大型城市污水处理厂中，通过引入厌氧氨氧化技术，成功实现了高 浓度氨氮废水的处理，并取得了良好的处理效果。
工业废水处理中的应用案例
工业废水成分复杂，处理难度较大。厌氧氨氧化技术在此领域的应用，为工业废水处理提供了新的解 决方案。
在实际应用中，针对不同行业的工业废水，通过合理的工艺设计和参数优化，可以实现高效脱氮，降低 处理成本。
该反应不产生有毒物质，且氮气是自然界的非 活性气体，因此厌氧氨氧化技术是一种环境友 好的污水处理方法。
厌氧氨氧化_理论和工艺发展概述(代序言)
厌氧氨氧化：理论和工艺发展概述（代序言）厌氧氨氧化：理论和工艺发展概述（代序言）随着人口的增加和经济的发展，氨氮排放成为一个严重的环境问题。
氨氮是一种对环境具有潜在危害的有机氮物质，一旦释放到水环境中，会对水质造成严重污染，导致水生生物死亡和生态破坏。
因此，减少和控制氨氮的排放一直是环境保护和可持续发展的重要目标之一。
传统的氨氮处理方法主要包括生物法、物化法和工程法。
而在这些方法中，厌氧氨氧化技术被广泛研究和应用，因其能够将氨氮有效地转化为无害物质氮气。
厌氧氨氧化是一种在缺氧条件下进行的氨氮处理工艺。
在厌氧环境中，一种特定的细菌菌群可以利用氯离子作为电子受体，将氨氮氧化成亚硝酸盐。
然后，亚硝酸盐通过厌氧氨氧化细菌进一步氧化为氮气，最终实现氨氮的去除。
厌氧氨氧化工艺有许多优势。
首先，相比于传统的氨氮处理方法，该工艺不需要供氧设备和能源消耗，降低了运行成本，并减少了对外界环境的依赖。
其次，由于厌氧氨氧化过程中生成氮气，还能够产生一定的能量，并提供给其他处理过程，增加能源的利用效率。
此外，厌氧氨氧化菌群的特殊电子传递机制和菌群的独特形态结构，使得该工艺对氨氮的去除能力较强，能够在较短的时间内实现高效的氨氮去除。
然而，厌氧氨氧化工艺也存在一些挑战和难点。
首先，该工艺需要具备特定的细菌菌群才能实现氨氮的去除，菌群的筛选和生物反应器的运行管理是该工艺应用中的重点和难点。
其次，在实际应用中，厌氧氨氧化细菌对环境因素和操作条件的敏感性较高，反应器的稳定性和长期运行的可行性是需要进一步探索和解决的问题。
此外，为了进一步提高厌氧氨氧化工艺的实际应用，还需要深入研究其在不同水质和有机负荷条件下的适应性和效能。
本文旨在对厌氧氨氧化的理论和工艺发展进行概述，希望通过对已有研究成果的总结和对未来研究方向的展望，促进该工艺的进一步应用和发展。
本文将从理论基础、菌群特性、工艺优化和应用案例等方面进行介绍和讨论，期望为读者提供有关厌氧氨氧化方面的综合视角和参考资料。
厌氧氨氧化ppt
Anammox 影响因素
泥龄：厌氧氨氧化菌生长缓慢，故泥龄越长越好。
有机物：异养菌增殖较快，从而抑制厌氧氨氧化活性。
基质浓度：氨浓度和硝酸盐浓度低于1000 mg/L不产生抑制；亚硝酸盐浓度超过100 mg/L产生明显抑制。
Anammox 影响因素
磷酸盐：高浓度的磷酸盐有抑制作用。
对Brocadia anammoxidans，加入1mM的磷酸盐对其活性无影响，但加入5mM完全抑制；
分子生物学：在生物化学与遗传学、微生物学、细胞学、生物物理学等学科相结合的基础上发展起来的崭新学科。 研究对象：生物大分子—核酸（DNA 和RNA）。
分子生物学技术
荧光原位杂交技术 FISH
多聚酶链式反应 PCR
变性梯度凝胶电泳DGGE
DNA克隆
DNA测序及序列分析
分子生物学技术
荧光原位杂交技术 FISH
多聚酶链式反应 PCR
多聚酶链式反应：polymerase chain reaction，PCR 美国Cetus公司Mullis等 1985年 一套大量快速扩增特异DNA片段的系统，属DNA体外合成技术 类似于生物体内DNA的复制过程，重复经过若干个变性、退火、延伸这3 步循环，就可以使目的DNA 扩增放大。 通过PCR，可以在几小时内将一个分子的遗传物质成百乃至上亿倍的复制。该技术具有特异性强、灵敏度高、快速、简便以及重复性好等特点和优点。 经典PCR 荧光定量PCR(Real-time PCR)
1995年，Mulder和van de Graaf等用流化床反应器研究生物反硝化时，发现了氨氮的厌氧生物氧化现象，从而证实了Broda的预言。
2002年，世界第一座Anammox工业化生产反应器在荷兰鹿x 发展简史
厌氧氨氧化的简介——李权
厌氧氨氧化的简介——李权厌氧氨氧化是指在缺氧环境下利用氨氧化细菌将氨氮氧化为亚硝态氮或氮气的一种生物学过程。
这个过程中产生的亚硝态氮或氮气是无害的，能够减少废水对水环境的污染。
厌氧氨氧化是一种依赖于硝酸盐减少的过程，通过将氨氮氧化为亚硝态氮，实现了氮循环的一个重要部分。
它是自然界一种常见的氮循环途径，广泛存在于泥沼、沼泽、湖泊和海洋等环境中，可以消耗废水中的氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐等污染物质，减少水环境的污染程度。
厌氧氨氧化的反应方程式如下：NH4+ + NO2- → N2(g) + 2H2O该反应是一种耗能的过程，需要更多的生物可降解物质供氨氧化细菌消耗，来促进氮的氧化反应。
因此，对于厌氧氨氧化的研究，不仅要关注氨氧化过程，还要关注底物的供应和历经过程等方面。
厌氧氨氧化的机理和微生物都十分复杂。
广义上来看，Hansenula polymorpha是厌氧氨氧化过程中主要的细菌。
其他厌氧氨氧化微生物还包括Anammox细菌、Thermomicrobium carboxydum、Brocadia微球菌属的细菌等等。
Anammox细菌是一种广泛存在于水体中的细菌，在厌氧氨氧化中起到了重要的作用。
它们通过厌氧氧化氨氮和亚硝酸盐的共同反应来代替传统的硝化/脱硝过程。
这种代替过程不仅需要更少的能量，还能减少污泥生产和移除过程。
此外，Anammox细菌的价值还在于它们能够通过生物发酵、纤维素分解等过程，降低废水中碳的含量。
Brocadia微球菌属的细菌是一组利用硝酸盐来代替传统采用硫酸盐进行锂离子交换的特殊细菌。
在厌氧氨氧化过程中，它们能够高效地转化硝酸盐，并产生电子供Anammox细菌代谢所需的能量。
总之，厌氧氨氧化是一种利用细菌通过氨氮氧化产生亚硝态氮或氮气，来减少污水中氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐的生物学过程。
它是一种可操作性强、成本低、技术易操作且无需补充碳源等优点的处理污水的方法，未来在环境治理中将具有广泛的应用前景。
厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺介绍PPT课件
无需外加碳源
传统的硝化反硝化工艺需要外加碳源 作为电子供体，而厌氧氨氧化工艺则 无需添加碳源。
在碳源缺乏的条件下，厌氧氨氧化工 艺的优势更加明显，可以实现高效的 脱氮处理。
避免了外加碳源的费用和来源问题， 降低了处理成本。
04 厌氧氨氧化(Anammox) 工艺的挑战与前景
微生物种群稳定性
要点一
Anammox工艺的应用场景
Anammox工艺可以应用于各种类型的污水处理厂，特别是对于高氨氮废水的处理具有很好 的效果。
该工艺可以应用于城市污水处理、工业废水处理、农业废水处理等领域，具有广阔的应用前 景。
在城市污水处理中，Anammox工艺可以应用于污水处理厂的脱氮处理，提高出水水质；在 工业废水处理中，该工艺可以应用于高氨氮废水的处理；在农业废水处理中，Anammox工 艺可以应用于畜禽养殖废水的处理。
工业化应用前景
总结词
尽管厌氧氨氧化工艺在研究和应用方面取得了一定的 进展，但仍面临一些挑战和限制。
详细描述
目前，厌氧氨氧化工艺已经在一些污水处理厂和工业废 水处理中得到应用，取得了较好的效果。然而，该工艺 仍面临着一些挑战和限制，如高盐度、有毒物质和短停 留时间等。因此，未来需要进一步研究和改进厌氧氨氧 化工艺，提高其处理效率、稳定性和适应性，以满足工 业化应用的需求。同时，也需要加强该工艺的经济、环 境和可持续性方面的评估和研究，为工业化应用提供更 加全面和可靠的支持。
比较与启示
技术优势
经济性分析
厌氧氨氧化工艺具有高效、节能、环保等 优势，尤其适合处理高氨氮废水。
虽然引进和自主研发Anammox工艺的前期 投资较大，但长期运行下来，其运行费用 较低，经济效益显著。
环境效益
为厌氧氨氧化工艺深耕不馁
为厌氧氨氧化工艺深耕不馁作者：暂无来源：《科学中国人》 2018年第10期若说起废水处理领域内的“ 明星”，厌氧氨氧化工艺自然是不得不提的。
在缺氧条件下，微生物以N O2-作为电子受体，将N H4+转变成为氮气。
而正是这样的生物氧化过程，以低能耗、高负荷、经济效益明显等特点吸引了大批追捧者。
作为众多“粉丝”中的一员，倪寿清十几年来同日趋恶化的环境污染周旋，为生活污水、工业废水的处理寻求最优解决方案。
毫无疑问，厌氧氨氧化技术是他一项创新而卓越的选择，相对比传统生物废水脱氮，其无需氧气供应，可节省60%以上的能源消耗和100%的额外碳源，被誉为目前已知的最便捷、最具价值前景的污水脱氮工艺。
化“氨氮”为无形早在1990年，厌氧氨氧化工艺于荷兰代尔夫特理工大学Kluyver生物技术实验室首次问世。
而在我国，随着科技力量的不断崛起，工业化和城市化进程逐渐加快，关乎民生安全的水环境问题相伴而生且愈演愈烈。
其中，水体富营养化是健康水资源锐减的主要因素之一，使我国乃至全球各个国家的经济社会发展均受到不同程度的掣肘。
20世纪90年代，意识到水环境污染的严峻性，我国迫切寻求缓解办法并将污染治理工作上升到发展战略层面，将可持续发展观视为科学促进经济增长的核心内容。
顺应时代发展，倪寿清回首来时路却坦言并非自己选择了环保事业，而是冥冥之中被水环境研究挑中。
误打误撞地投身环境保护领域，在一次近距离勘察污水处理厂后，他被生物处理废水工艺深深折服。
“生物技术已经是当时水污染处理的主流工艺之一，利用自然的方式处理环境污染物，成本也相对低廉。
”以自然的力量治愈自然环境，倪寿清对此表现出颇为浓烈的兴趣。
而后眼看着新闻媒体频频爆出水污染事件，诸多河流水质情况堪忧，不仅颜色黑浑还散发着刺鼻的恶臭，这让彼时正在山东大学攻读博士的倪寿清心有戚戚并萌生了出国“取经”的念头。
“实事求是地讲，作为发展中国家，我们国家在环境领域还有许多有待提高和需要学习的地方。
厌氧氨氧化在水污染控制中研究进展
厌氧氨氧化在水污染控制中研究进展王慧;郑洪领【摘要】厌氧氨氧化是一种新型的污水处理技术,能够利用氨氮和亚硝酸盐进行生物反应,最终将氨氯转化为氮气的过程.其相对传统的生物脱氮技术能够降低能耗,无二次污染等优势进行了深入的研究,被研究者认为是最具有应用前景的一种微生物脱氮技术.本文针对厌氧氨氧化细菌的影响因素以及在污水处理应用性能进行的研究讨论.【期刊名称】《资源节约与环保》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】2页(P79,83)【关键词】厌氧氨氧化;脱氮;水污染【作者】王慧;郑洪领【作者单位】中国城市建设研究院有限公司山东分院山东济南250101;中国城市建设研究院有限公司山东分院山东济南250101【正文语种】中文氮素是水污染控制中的重要指标之一，其对水体及水生生物的危害十分严重，进而影响人类的生存发展，富营养化、赤潮、水华都是由于水体中氮素的增加而导致的。
传统的生物脱氮技术主要是利用好氧微生物的硝化作用和厌氧微生物的反硝化来实现的，但其处理成本高、能源利用效率低，而且还存在二次污染现象，因此，新型的生物脱氮技术成为研究者追求的目标。
厌氧氨氧化技术（Anaerobicammoniumoxidation，Anammox）是一种新型的生物脱氮技术，得到了大量的关注。
它是在20世纪90年代被研究者发现的，与传统的生物脱氮技术相比，缩短了氨氮降解的途径，无需另加碱度，而且反应过程中无需有机碳源，是一种具有经济效应的新型脱氮技术，对其进行深入的研究对水污染控制有着重要的意义[1]。
2.1 环境因素温度是微生物生长及代谢的主要影响因素之一。
微生物所处环境的温度较低时，细胞的物质运输会受到抑制，生长较为缓慢；温度升高后，细胞中物质运输加快，生化反应速率提高，生长速度加快。
温度太高或者太低都会导致微生物生长的抑制，因此，研究微生物适宜的生长环境十分重要。
研究者对厌氧氨氧化菌的研究表明，其适应生长的温度范围30℃～43℃。
厌氧氨氧化菌PPT
在污水处理厂、农业排水、工业废水等特定环境中，厌 氧氨氧化菌的分布更为集中。
厌氧氨氧化菌在环境中的作用
氮素转化
厌氧氨氧化菌是唯一能在厌氧条件下将氨氮直接转化为氮气的微生物，对于全球氮素循环具有 重要意义。
污染物去除
厌氧氨氧化菌在污水处理过程中能有效地去除氨氮和总氮，降低水体污染。
厌氧氨氧化菌与其他微生物的相互作用
01
共生关系
厌氧氨氧化菌与产甲烷菌等其他微生物存在共生 关系，共同参与厌氧消化过程。
02
竞争关系
在某些环境下，厌氧氨氧化菌与其他异养硝化细 菌存在营养物质和生存空间的竞争关系。
03
厌氧氨氧化菌的应用
在污水处理中的应用
01 厌氧氨氧化是一种新型的生物脱氮技术，通过厌 氧氨氧化菌的作用，将氨氮和亚硝酸盐同时转化 为氮气，从而达到脱氮的目的。
厌氧氨氧化菌
目录
• 厌氧氨氧化菌的简介 • 厌氧氨氧化菌的生态学 • 厌氧氨氧化菌的应用 • 厌氧氨氧化菌的研究进展 • 厌氧氨氧化菌的未来展望
01
厌氧氨氧化菌的简介
厌氧氨氧化菌的定义
厌氧氨氧化菌是一种在无氧条件下，能够将氨氮转化为 氮气的微生物。
厌氧氨氧化菌属于自养型微生物，它们可以利用二氧化 碳作为碳源，同时将氨氮作为能源进行氧化反应。
厌氧氨氧化菌的发现
厌氧氨氧化菌的发现始于20世纪90年代，荷兰科 学家在污水处理厂的厌氧沉淀池中发现了这种微 生物。
这一发现揭示了厌氧氨氧化菌在自然界中的广泛 存在和重要作用，为解决水体富营养化问题提供 了新的思路。
厌氧氨氧化菌的特性
厌氧氨氧化菌是一种化能自养型微生物，它们可 01 以在无氧条件下利用二氧化碳和氨氮进行氧化反
厌氧氨氧化工艺原理
厌氧氨氧化工艺原理厌氧氨氧化是一种新型的生物处理技术，它可以在没有氧气的情况下，利用厌氧微生物将氨氮氧化成亚硝酸盐和硝酸盐。
这种工艺在污水处理、废水处理和生物氮素去除等方面具有广泛的应用前景。
本文将介绍厌氧氨氧化工艺的原理及其在环境工程中的应用。
厌氧氨氧化工艺的原理主要是利用厌氧微生物，如厌氧氨氧化细菌和厌氧亚硝酸盐氧化细菌，通过一系列生物化学反应将氨氮氧化成亚硝酸盐和硝酸盐。
这些微生物通常生长在缺氧或无氧的环境中，因此该工艺适用于缺氧或无氧条件下的废水处理。
厌氧氨氧化工艺的主要步骤包括厌氧氨氧化和亚硝酸盐氧化两个阶段。
在厌氧氨氧化阶段，厌氧氨氧化细菌利用氨氮作为电子受体，将氨氮氧化成亚硝酸盐，并释放出能量。
在亚硝酸盐氧化阶段，厌氧亚硝酸盐氧化细菌将亚硝酸盐进一步氧化成硝酸盐，完成氨氮的氧化过程。
厌氧氨氧化工艺相比传统的好氧氨氧化工艺具有许多优点。
首先，厌氧氨氧化可以在较低的氧气浓度下进行，因此可以节省能源，降低运行成本。
其次，厌氧氨氧化可以有效地去除氨氮，减少氮素的排放，对于污水处理和废水处理具有重要意义。
此外，厌氧氨氧化还可以减少污泥产生，降低污泥处理成本。
在环境工程中，厌氧氨氧化工艺已经得到了广泛的应用。
例如，在城市污水处理厂，厌氧氨氧化工艺可以用于去除污水中的氨氮，减少对水体的污染。
在工业废水处理中，厌氧氨氧化工艺可以有效地去除废水中的氨氮，达到排放标准。
此外，厌氧氨氧化工艺还可以应用于生物氮素去除，如农田排水中的氨氮去除等领域。
总之，厌氧氨氧化工艺是一种高效、节能、环保的生物处理技术，具有广泛的应用前景。
随着环境保护意识的增强和环保政策的实施，厌氧氨氧化工艺将在污水处理、废水处理和生物氮素去除等领域发挥重要作用，为改善环境质量和保护生态环境做出贡献。
城镇污水处理中的氨氮污水处理技术
经营管理 882022.12城镇污水处理中的氨氮污水处理技术刘首正（辽宁省生态环境事务服务中心，辽宁 沈阳 110165）1 厌氧氨氧化技术厌氧氨氧化技术是当今厌氧氨氧化技术中最先进、实用化程度高的技术（见图1）。
本项目组拥有该技术的专利多项。
1.1 厌氧氨氧化技术特点作为20世纪80年代发现的厌氧氨氧化原理与菌种，经过几十年的发展，目前已经在世界范围得到一定程度的推广。
但由于其菌种的自养菌特征，其增殖速度慢、对工作条件要求高等特点，使得对该技术涉足不深的学者或工程技术人员难以操控，进而影响了该技术的大规模推广。
本课题组核心成员古川宪治教授、朱彤教授、谢元化副教授及多名博士研究生多年从事厌氧氨氧化技术的研究。
特别是古川教授从事该技术30余年的研究，目前环太平洋范围内的相关研究及工程项目的菌种多来自古川教授20世纪90年代初从日本熊本地区火山带的地下水底泥中纯化出来的菌种。
本课题组于10年前引进并全面继承了古川教授的相关研究工作和全部厌氧氨氧化菌种，通过多年研究，培养扩增出大量菌种，并完成产业化规模菌种量的前期工作（见图2）。
1.2 在氨氮污水处理项目中的应用在养殖方面的氨氮污水处理应用中，氨氮污水的氨氮浓度非常适合运行条件，处理氨氮的负荷可以达到2公斤·牛/（立方米·天)，氨氮的去除可高效实现。
例如，以500毫克/升氨氮为例，50立方米的反应器每天可以处理该废水200立方米，相当于一个年出栏3万头肉猪或年产20万头仔猪规模的养猪场日排水量。
而如果采用A/O法去除氨氮，则需要处理系统的容积1000立方米，同时运行成本也高出几倍。
系统处理氨氮的运行中只需要较弱的曝气，即可在一个容器内实现氨氧化和厌氧氨氧化。
同时，系统运行需要的碱度由于进水中偏碱性的特征而省去碱的添加。
厌氧氨氧化运行过程的温度控制在冬季可通过畜产企业冬季的自产沼气提供热量。
2 多段式接触氧化技术多段式接触氧化技术是近些年出现的去除高浓度有机物中低浓度氨氮的优秀技术（见图3）。
厌氧氨氧化
厌氧氨氧化厌氧氨氧化作用即在厌氧条件下由厌氧氨氧化菌利用亚硝酸盐为电子受体，将氨氮氧化为氮气的生物反应过程。
这种反应通常对外界条件（pH值、温度、溶解氧等）的要求比较苛刻，但这种反应由于不需要氧气和有机物的参与，因此对其研究和工艺的开发具有可持续发展的意义。
厌氧氨氮化一般前置短程硝化工艺，将废水中的一部分氨氮转化成亚硝酸盐。
目前在处理焦化废水、垃圾渗滤液等废水方面已经有成功的运用实例。
厌氧氨氧化是一个微生物反应，反应产物为氮气。
具有一些优点：由于氨直接作反硝化反应的电子供体，可免去外源有机物(甲醇)，既可节约运行费用，也可防止二次污染；由于氧得到有效利用，供氧能耗下降；由于部分氨没有经过硝化作用而直接参与厌氧氨氧化反应，产酸量下降，产碱量为零，这样可以减少中和所需的化学试剂，降低运行费用，也可以减轻二次污染。
厌氧氨氧化（Anammox)厌氧氨氧化的发现Broda的预言1977年，奥地利理论化学家Broda根据化学反应热力学，预言自然界存在以硝酸盐或亚硝酸盐为氧化剂的氨氧化反应，因为与以氧为氧化剂的氨氧化反应相比，它们释放出的自由能一点也不逊色。
序号电子受体化学反应ΔG/（KJ/mol)1 氧 2NH4++3O2→2NO2-+2H2O+4H+ -2412 亚硝酸盐NH4++NO2-→N2+2H2O -3353 硝酸盐5NH4++3NO3-→4N2+9H2O+2H+ -278 既然自然界存在自养型亚硝化细菌，能够催化反应1，那么理论上也应该存在另一种自养型细菌，能够催化反应2和反应3。
由于当时这种细菌还没有被发现，所以，Broda 认为它们是隐藏于自然界的自养型细菌。
Mulder的发现20世纪80年代末，荷兰Delft工业大学开始研究三级生物处理系统。
在试运期间，Mulder等人发现，生物脱氮流化床反应器除了进行人们所熟知的反硝化外，还进行着人们未知的某个反应使氨消失了。
进一步观察发现，除了氨不明去向外，硝酸盐和亚硝酸盐也有一半以上不明去向。
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羟胺和联氨 ANAMMOX 反应的重要代谢中间产物，
羟胺可能来自 NO 2 - ，联氨转化为 N 2 的过程被假定为给 NO2-还原成羟胺提供电子。 而且有少量的 NO 2 - 转化为 NO 3 - ，可能是为了给厌氧 氨化菌固定碳提供电子。
2015年11月1日
2002年，世界第一座Anammox工业化生产反应器在荷兰鹿特丹污水 处理厂投入运行。
2006年，Strous等人完成对厌氧氨氧化菌的宏基因组测序
2015年11月1日
高等微生物
Anammox细菌的特征：
一．个体形态特征：
厌氧氨氧化菌形态多样 , 呈球形、卵形等，直 径0.81.1 μm。厌氧氨氧化菌是革兰氏阴性菌。细胞 外无荚膜。 细胞壁表面有火山口状结构，少数有菌毛。 . 细胞内分隔 成 3 部分：厌氧氨氧化体 (anammoxosome) 、核 糖细胞质 (riboplasm )及外室细胞质(paryphoplasm )
基质浓度
亚硝酸盐是一种的毒性基质，一 旦浓度过高，会对厌氧氨氧化菌 产生明显的抑制作用；氨浓度和 硝酸盐浓度低于1000 mg/L
2015年11月1日
高等微生物
Anammox的工程应用 Sharon-Anammox 工艺是一种将短程硝化和厌 氧氨氧化联合的脱氮工艺（荷兰Delft大学2001年 开发的）。 CANON 工艺是一种在同一个反应器内实现亚硝 化和厌氧氨氧化的脱氮工艺（荷兰Delft大学2001 年开发的）。
2015年11月1日
高等微生物
3、比较分析
1）、厌氧氨氧化过程中亚硝酸盐确实变成了NO。
2）、与之前科学家们猜测的NO2- 被还原成NH2OH极 大地不同。更令人惊讶的是，经过大量的试验证实，厌氧氨 氧化菌内根本不存在羟氨合成酶。
3）、根据宏基因组测序，厌氧氨氧化菌还存在一种特 殊的酶（Kustc1061），它能将 NH2OH 氧化成 NO，这就解 释了为什么 NH2OH 也能促进厌氧氨氧化反应的试验现象。
2015年11月1日 高等微生物
Anammox 的影响因素
氧 温度（30~35） 超过45会不可逆失活 泥龄（越长越好）
有抑制作用，微氧条件 (<0.5%空气饱和度) 可完 全抑制，但该抑制作用是 可逆的；大于18%空气饱 和度，菌群不可恢复。
pH
承受限度（6.7~8.3） 影响基质的有效性
影响 因素
厌氧氨氧化（Anammox ）
厌氧氨氧化的发现与发展
厌氧氨氧化菌的介绍
厌氧氨氧化的反应机理 厌氧氨氧化的工程应用
2015年11月1日 高等微生物
Anammox 的发现与发展
1977年， Broda根据自由能的变化，预言自然界中存在着能催化亚硝 酸和硝酸氧化氨的细菌，认为它们是隐藏于自然界的自养型细菌。 1995年，Mulder 和Kuene等用流化床反应器研究生物反硝化时，发 现了氨氮的厌氧生物氧化现象，从而证实了Broda的预言。 1998年，荷兰Paques公司和代尔夫特理工大学（TU Delft）于首次 发展了厌氧氨氧化反应器。
一．生理生化特征：
作为唯一 对氧敏感。
厌氧氨氧化菌为化能自养型细菌 , 以二氧化碳 碳源，通过将亚硝酸氧化成硝酸来获得能量，
2015年11月1日
高等微生物
三、特殊的细胞膜
其生物膜的脂 质由五个碳环融合在 一起形成一个密集的 阶梯。这种“梯形烷” 脂质是独特的，这种 结构使得该膜非常致 密，所以能够阻止联 氨泄漏到细胞其余地 方。目前Elias Corey已经在实验室构 造出该脂质的结构。
2015年11月1日
高等微生物
2015年11月1日
高等微生物
2015年11月1日
一．基本原理
在两个反应器内，先在一个反应器内有氧条件下，利用氨氧化细 菌将NH4+氧化生成NO2-；然后在另一个反应器缺氧条件下，以NH4+为电 子供体，将NO2-反硝化。 NH4++ HCO3-+ 0.75O2→ 0.5NH4++ 0.5NO2-+ CO2+ 1.5H2O NH4++ 1.32NO2-+ 0.066HCO3+ 0.13H+→ 1.02N2+ 0.26NO3-+ 0.066CH2O0.sN0.1s+ 2.03H2O
2015年11月1日 高等微生物
Anammox优势
降低能耗：由于厌氧氨氧化工艺是在厌氧条件下直接将氨 氮和亚硝氮转化成氮气，同时在好氧段只需将氨氮氧化为 亚硝氮，省略后续亚硝氮氧化为硝态氮，所以节省了曝气 量。 能源回收：厌厌氧氨氧化菌将传统反硝化过程所需的外加 碳源全部省略，污水中的有机物可最大限度的进行回收产 甲烷，而不是被氧化成二氧化碳
一．优点
分别在两个反应器内实现部分硝化和厌氧氨氧化，能优化两类细 菌的生存环境，运行性能稳定。
2015年11月1日 高等微生物
CANON工艺
一．基本原理
亚硝化菌在有氧条件下把NH4+化成NO2-，厌氧氨氧化菌则在无氧条件下 把NH4+和NO2-转化为N2，即利用亚硝化菌和厌氧氨氧化菌的协同作用，在同一个 反应器中完成亚硝化和厌氧氨氧化。
2015年11月1日
高等微生物
Anammox 的反应机理
一．反应方程式
其中包括了分解代谢，合成代谢。 1.分解代谢： 2.合成代谢：
其中NO2 具有双重作用，一是作为厌氧氨氧化反应的电子受体；二是作 为无机碳源固定的电子供体。
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2015年11月1日
高等微生物
二、厌氧氨氧化的代谢过程
1、1997年，Van de Graaf 等通过15N 标记实验发现：
NH4+ + 1. 5 O2 →NO2- + H2O + 2H+ NH4+ + 1. 3NO2- →1. 02N2 + 0. 26NO3-+ 2H2O NH4+ + 0. 85O2 → 0. 43N2 + 0. 13NO3-+ 1. 3H2O + 1. 4H+ 二、优点
限氧条件下进行节约供氧量理论上节约供氧62.5% 硝化50%的氨氮控制在亚硝化阶段节约碱度50%
高等微生物
NiR：亚硝酸还原酶 Cyt C:细胞色素C氧化酶
HZO：可以催化氧化联氨的一种酶，
它可以与羟胺结合，但不会 对它进行催化氧化 HH：联氨水解酶
2015年11月1日
高等微生物
2、2006年，Strous 通过对厌氧氨氧化菌的宏基因组图谱分 析提出了氮元素的转化过程主要分三步：
Nir：亚硝酸还原酶
HZS：联氨合成酶 HDH：联氨水解酶
2015年11月1日 高等微生物
过程分析：
从厌氧氨氧化菌中分离获得的HAO 它不能将羟氨转化成亚硝酸， 只能将其转化成NO或N20. 该酶可以催化氧化联氨，但对 羟氨的亲和力更强。
补充说明： 在联氨氧化成氮气的过程中,可产生4个电子,这4个电子通过细胞 色素c、泛醌、细胞色素bc1复合体以及其他细胞色素c传递给NiR和HH, 其中3个电子传递给NiR,1个电子传递给HH.伴随电子传递 ,质子被排放至 厌氧氨氧化体膜外侧,在该膜两侧形成质子梯度,驱动ATP合成