厌氧氨氧化菌特性及其在生物脱氮中的应用_祖波
厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用
厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用引言：近年来，随着人口的增加和城市化的加剧，城市污水处理工程变得愈发重要。
污水中的氮污染物是造成水体富营养化的主要原因之一，因此，对氮污染的有效处理成为了研究的热点。
厌氧氨氧化菌（anammox）作为一种新型的脱氮微生物，具有高效、环保的特点，在污水处理领域中得到了广泛关注。
本文将重点探讨厌氧氨氧化菌的脱氮机理及其在污水处理中的应用。
一、厌氧氨氧化菌的脱氮机理厌氧氨氧化菌是一种特殊的微生物，它可以利用氨和硝态氮直接在厌氧条件下进行自养脱氮作用，产生氮气。
其脱氮反应的主要方程式如下：NH4+ + NO2- → N2 + 2H2O通过上述反应，厌氧氨氧化菌将氨和硝态氮转化为氮气，实现了高效的脱氮作用。
从反应的方程式来看，厌氧氨氧化菌在脱氮过程中产生了没有产物的优势，避免了传统的硝化/反硝化过程中产生的氮气转化为氧化亚氮的过程，有效节约了能源消耗。
厌氧氨氧化菌的脱氮机理可以分为两个阶段：氨氧化和反硝化。
首先，在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌通过其特殊的内源胞器——亚细胞颗粒（anammoxosome）中的反应器，通过厌氧氨氧化过程将氨氧化为氮气和水。
其次，在厌氧氨氧化菌的亚细胞颗粒中，反硝化作用进一步转化硝态氮为氮气。
通过这两个阶段的反应，厌氧氨氧化菌可以高效地将氨和硝态氮转化为氮气，实现污水中氮的有效去除。
二、厌氧氨氧化菌在污水处理中的应用1. 优势与特点相比传统的硝化/反硝化工艺，厌氧氨氧化菌具有以下优势与特点：（1）高效：厌氧氨氧化菌的脱氮效率高于传统工艺，可以达到90%以上；（2）能源消耗低：由于厌氧氨氧化菌的脱氮反应不需要输入外源电子供体，因此能源消耗低于传统工艺；（3）占地面积小：采用厌氧氨氧化菌进行脱氮处理可以节约大量的处理设备和占地面积，尤其适合处理面积有限的城市污水处理厂；（4）适应性强：厌氧氨氧化菌对进水水质的适应性强，对COD、BOD等水质指标的影响较小。
厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用
厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用厌氧氨氧化菌是一种能够在缺氧环境下利用氨氮为电子供体进行氨氮脱氮的微生物。
近年来，厌氧氨氧化菌在污水处理领域引起了广泛关注。
本文将介绍厌氧氨氧化菌的脱氮机理以及其在污水处理中的应用。
厌氧氨氧化菌是属于反硝化菌门，主要有矮小单杆菌（Anammox bacteria）和微粒状反硝化菌（Paired ammonium and nitrite oxidizer，abbreviated as Pano）等。
这些菌通过厌氧氨氧化过程，将氨氮直接氧化为氮气，同时释放出足够的能量以维持菌落的生长和代谢。
脱氮的过程中，厌氧氨氧化菌首先利用外源氨氧化酶将氨氮氧化为亚硝酸盐，然后通过反硝化途径将亚硝酸盐还原为氮气。
厌氧氨氧化菌在污水处理中的应用可以分为两个方面：一是在常规生物处理系统中应用；二是构建厌氧氨氧化反应器独立进行氨氮脱氮。
首先，厌氧氨氧化菌被应用于常规生物处理系统中，主要是为了提高系统的氮素去除效率。
在传统的生物脱氮系统中，通常需要同时存在硝化和反硝化菌来完成氮素去除过程，而厌氧氨氧化菌的出现，使得反硝化和硝化过程合二为一，从而减少了能量和资源的浪费。
与传统系统相比，厌氧氨氧化菌的应用能够大幅度降低碳源需求，减少氧气用量，降低运行成本。
除此之外，厌氧氨氧化菌对于污水中高浓度氨氮的处理效果更好，能够适应高氨氮负荷的条件。
其次，构建厌氧氨氧化反应器独立进行氨氮脱氮也是厌氧氨氧化菌应用的重要方向。
这种方式主要适用于那些氮污染较严重、氨氮浓度较高的废水处理厂。
通过构建厌氧氨氧化反应器，可以将废水中的氨氮高效转化为氮气，实现氮素的彻底去除。
此外，厌氧氨氧化反应器的运行条件相较于传统的硝化反硝化系统来说更容易控制，能够更好地适应不同废水的特性。
总的来说，厌氧氨氧化菌脱氮机理的研究以及其在污水处理中的应用对于提高氮素去除效率和减少处理成本具有重要意义。
随着对厌氧氨氧化菌认识的不断深入，相信其在污水处理领域的应用将会越来越广泛，为环境保护事业做出更大的贡献。
厌氧氨氧化生物脱氮理论与技术进展
厌氧氨氧化生物脱氮理论与技术进展摘要:厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation，ANAMMOX或Anammox)是一种全新的污水生物脱氮技术，与传统污水生物脱氮技术相比具有需氧量低、运行费用低和无需外加碳源等优点[1]。
在国外特别是荷兰的Delft技术大学已有多位研究者对厌氧氨氧化工艺的运行条件以及其中新发现的Anammox菌进行了多方面的研究。
本文重点对厌氧氨氧化的生物脱氮理论以及当今其技术进展进行介绍，同时指出以厌氧氨氧化为核心的生物脱氮技术应用于生活污水脱氮的优势与可行性。
关键字：部分硝化；厌氧氨氧化；生物脱氮；生活污水Abstract: Anaerobic ammonia oxidation, also called ANAMMOX or Anammox, is a new domestic sewage biological nitrogen removal technology. Compared with traditional domestic sewage biological nitrogen removal technology, it is of advantages of low oxygen demand, low running costs and no need for external carbon source. Abroad, especially in the Delft Technology University of Netherlands, many researchers has made multiple researches on the operating conditions of anammox technology and the newly discovered Anammox bacteria. This articlefocuses on the introduction to the theories of biological nitrogen removal of anammox and its its technical progress in today, as well as the advantages and feasibility of applying biological nitrogen removal technology with core of anammox in domestic sewage nitrogen removal.Key words: partial nitrification; anammox; biological nitrogen removal; domestic sewageAnammox的发现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。
厌氧氨氧化生物除氮技术在水处理工艺中的研究进展
VanDongen等通过小试装置，对Anammox菌处理污泥消化液中高浓度氨氮的可行性展开了分析和探讨。结果表明，该工艺具有良好的脱氮效果，约80%的NH4+-N被成功转化成了N2。随后，Fux等又在两个不同的污水处理厂内对该工艺进行中试研究，结果显示：在1600L的序批式反应器中，进水氨氮620～650mg/L、pH7.3～7.5、温度26～28℃的条件下，氮容积负荷率（nitrogenloadingrate，NLR）最高可达0.65kgN/（m3 d），总氮去除率达92%。与此同时，该工艺实现了较低的污泥产量。由于结果非常理想，该试验完成后，Dokhaven污水处理厂直接对反应器进行了放大，建成了世界上首座生产性规模的基于PN/A的装置。该装置的有效体积为70m3，处理规模为750kgN/d，取得了不错的效果。
现阶段的研究表明，当有机碳含量较低时，Anammox菌自身仍能
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0.26NO -+0.066CH O+0.5N0 → 2.03H O（2）
够维持足够的活性。对此，一些学者尝试将几种工艺结合在一起，提
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以上反应是通过anammox菌催化实现的，这是一种化能自养型细菌，以CO2或HCO -为碳源，并从反应过程中获得能量。Anammox菌的中心代谢途径是由Strous等通过采用双向测序技术建立Kueneni基因组序列进行分析后提出的。Anammox菌的主要代谢途径为：首先，Cytcd1型亚硝酸还原酶（Nir）将NO2-还原成NO；随后，在联
和NO -），并且有可能导致出水硝酸盐的大量累积。因此，高效地
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1995年，荷兰科学家Mulder等在食品废水的处理以及Siegrist等对垃圾渗滤液的处理中均证实了这一反应的发生。20世纪90年代，Strous等在大量实验研究的基础上，提出了Anammox脱氮的化学反应方程式式（2）。
厌氧氨氧化技术简介
厌氧氨氧化技术简介【上世纪80年代末，在荷兰代夫尔特一个酵母厂的污水脱氮流化床反应器中，一个奇怪的现象被发现了，反应器中NH4+ 消失的同时有N2 生成，可以判断这里面存在之前科学家推测的厌氧氨氧化反应。
】20世纪，全球人口增两倍，人类用水则激增五倍，约12亿人用水短缺，水资源短缺尤其是水质性缺水成了世界共同面对的资源危机，生活、工业、农业污水是污水主要来源，污水处理顺理成章成为新兴朝阳产业。
污水生物处理的实质就是通过微生物的新陈代谢活动，将污水中的有机物分解，从而达到净化污水的目的。
污水处理在水质改善的同时，还要求所采用技术低能耗、少资源损耗，厌氧氨氧化与亚硝化工艺相结合的氮的完全自养转换方式是一种最可持续的污水脱氮途径。
厌氧氨氧化菌就是这神奇途径的承载者。
新闻报道中称厌氧氨氧化菌叫红菌，这是为什么呢？厌氧氨氧化菌呈球形、卵形，直径约0.8-1.1μm，在自然界以及废水生物处理系统中, 厌氧氨氧化菌丰度很低，几乎检测不到其活性，当其在生物膜上有低活性的时候，污泥就不是通常的黑色了，呈现为灰色，驯化一段时间后，随着菌数增加，污泥颜色转变为红棕色，由于厌氧氨氧化菌含有丰富的细胞色素, 当其成为优势菌群时，成熟的厌氧氨氧化污泥呈现美丽的深红色, 污泥颜色的变化也可用作厌氧氨氧化反应器启动进程的指示。
由于这与众不同的红色，污水处理厂的工人们就俗称其为红菌。
红菌的发现之旅：用于污水处理的微生物一直存在于自然界，但进入污水领域大显神通则因为人类的认识有早晚，则入门有先后。
比如20 亿年前就蓬勃存在的光合细菌，上世纪70 年代起就成功用于有机废水工艺。
但是一样广泛地存在于自然界中的厌氧氨氧化菌，其发现和应用就戏剧曲折多了。
1977 年，科学家推测自然界中可能存在化能自养微生物将NH4+ 氧化成N2 , 但一直没有实验证据支持，一直到上世纪80年代末，在荷兰代夫尔特一个酵母厂的污水脱氮流化床反应器中，一个奇怪的现象被发现了，反应器中NH4+ 消失的同时有N2 生成，可以判断这里面存在之前科学家推测的厌氧氨氧化反应。
厌氧氨氧化技术生物脱氮机理
厌氧氨氧化技术生物脱氮机理摘要：在过去一个多世纪中，传统的废水生物脱氮技术硝化-反硝化工艺得到了非常广泛的应用，随着生物技术的发展，涌现出很多新型的废水生物脱氮技术，厌氧氨氧化便是其中之一。
本文对厌氧氨氧化脱氮技术的作用机理和优缺点进行了分析。
关键词：生物脱氮；硝化；短程硝化；反硝化；厌氧氨氧化Abstract: The traditional nitrification-denitrification process was widely used in the past century. With the development of biotechnology, many new biological nitrogen removal processes were put forward, such as anaerobic ammonium oxidation. This paper described the mechanisms and strengths-weaknesses of anaerobic ammonium oxidation technology.Keywords: biological nitrogen removal; nitrification; shortcut nitrification; denitrification; anaerobic ammonium oxidation氮是维持生态系统营养物质循环的一种重要元素，然而由于人类活动对自然生态系统中氮素循环的干扰和破坏，使之成为引起水质恶化、生物多样性降低和生态系统失衡的主要因素之一，已经严重影响了人类正常的生产生活。
对于氮素的污染控制己经受到了人们广泛的重视。
在废水脱氮技术的研发应用中，各种行之有效的脱氮处理工艺得到了发展，构成了废水脱氮处理的技术体系。
物化法除氮以其较为宽泛的适用性在工业废水脱氮中得到广泛发展，而生物法脱氮以低廉的成本、运行的简便等优点受到人们的青睐。
分子生物学测定Anammox菌研究进展_祖波
第34卷第4期西南师范大学学报(自然科学版)2009年8月Vol134N o14Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition)A ug12009文章编号:1000-5471(2009)04-0051-05分子生物学测定Anammox菌研究进展¹祖波1,2,魏世强2,祖建3,龙明梅111重庆交通大学河海学院资源与环境科学系,重庆400074;21西南大学资源与环境科学学院,重庆400715;31西南石油大学理学院,南充610500摘要:目前,已经发现了4种厌氧氨氧化菌属:Candidatus/Br ocadia0(Candidatus/Br ocadia f ulg ida0,anaer obic ammonium-ox id iz ing p lanctomy cete和Cand idatus/Br ocad ia anammox ida0),Candidatus/K uenenia0(Candidatus /K uenenia stuttgar ti0),Cand idatus/Scalindua0(Candid atus/Scalindua w agner i0,Candid atus/Scal indua br odae0和Candidatus/Scalindua so rok inii0)和异养厌氧氨氧化菌属(Candidatus/A nammox og lobus p rop ionicus0、anaer obic ammonium-ox id iz ing p lanctomy cete Cquenv iron-1和Candidatus/J ettenia as iatica0).采用分子生物学方法测定厌氧氨氧化菌包括:P CR扩增(D GGE,末端标记限制性片段长度多态性(T RF LP)和定量PCR)、FISH、F ISH-M AR 和ISR-FI SH等方法.结合传统方法和分子生物学方法对各种系统中的厌氧氨氧化菌进行测定,这对于全面认识厌氧氨氧化菌的性质、开发新的废水脱氮技术都具有重要意义.关键词:A nammox菌;分子生物学;测定中图分类号:X703文献标识码:A在无分子氧环境中,同时存在NH+4和NO-2时,NH4+作为反硝化的无机电子供体,NO2-作为电子受体,生成氮气,这一过程称为厌氧氨氧化[1].对于厌氧氨氧化菌的测定可以采用传统方法[2]和分子生物学方法[2-3]进行检测.由于传统方法无法获取厌氧氨氧化菌的微生物学特性及其代谢活性,近年来,较多学者[2-3]采用分子生物学方法对厌氧氨氧化菌进行测定,并取得了一些新进展.全面认识厌氧氨氧化菌的微生物学特性,以及详细了解其代谢活性,结合传统方法和分子生物学方法对各种系统中的厌氧氨氧化菌进行测定,这对于全面认识厌氧氨氧化菌的性质、开发新的废水脱氮技术都具有重要意义.本文综述了分子生物学方法测定各种系统中的厌氧氨氧化菌.1Anammox菌16S-rRNA序列1999年,发现了第一个Anamm ox菌的16S rRNA序列,Ca.Br ocadia anammox idans位于浮霉菌门(Planctom y cetes门)[4].目前,已经发现了4种厌氧氨氧化菌属:Candidatus/Br ocadia0(Cand idatus /Br ocadia f ulgida0,anaer obic ammonium-ox idiz ing p lanctomy cete和Candid atus/B rocadia anammox i-da0),Candidatus/K uenenia0(Cand idatus/K uenenia stuttgar ti0)Candid atus/S calindua0(Cand idatus /Scalindua w agner i0,Candid atus/S calindua brodae0和Candidatus/S calindua sorokinii0)和异养厌氧氨氧化菌属(Candidatus/Anammox oglobus p rop ionicus0、anaerobic ammonium-ox id iz ing p lanctomy cete Cquenviron-1和Cand idatus/J ettenia asiatica0)菌属[2,5-6].16S rRNA序列分析发现他们都是浮霉菌门(Planctom y cetes门)的单个分支[7].但是他们与浮霉菌门(P lanctomy cetes门)的其他属如出芽菌属(Gem-mata),I sosp haer a,浮霉菌属(P lanctomy ces),或者小梨形菌属(P irellula)的相似性低,小于80%,说明Anamm ox菌是浮霉菌门(Planctomy cetes门)二级系列.Planctomy cetes和Anam mox菌能够适应rRN A操纵子结构、碱基的插入和删除rRNA基因引起的突变.A namm ox菌拥有连接16S rRNA和23S rRNA的¹收稿日期:2009-01-06基金项目:中国博士后科学基金资助项目(20080440690);水利水运工程教育部重点实验室开放基金项目(SLK2008A01);山区道路建设与维护技术重庆市高校重点实验室及山区道路结构与材料重庆市重点实验室开放基金项目(CQMRCM-09-3);重庆市教委科学技术研究项目.作者简介:祖波(1980-),男,重庆市人,副教授,西南大学博士后,主要从事废水处理理论与技术、环境生态技术的研究.基因[8].因此,16S rRNA 和23S rRNA 与他们的ISR 一起转录,转录后可以作为FISH 的靶位点./Ca.Kuenenia 0和/Ca.Bro cadia 0的16S rRNA 含有一个插入体(从Escher ichia coli 158开始),此插入体是螺旋9里面的20核苷;分析16S rRNA 的二级结构,估计他们含有2个新的亚螺旋9a 和9b;分别用S -S -Kst -0157-a -A -18探针和S -S -Ban -0162-a -A -18探针进行FISH 分析表明16S rRNA 中存在9a 和9b 螺旋[9].在ARB 数据库中,这些插入体在所有其他16S rRNA 中都不存在,唯一例外来自于文献[10]报道的工业废水处理厂中发现的一个16S rRNA 序列含有一个14bp 插入体[10].基因库中细菌的基因序列号(GBBCT ):GBBCT :5689605厌氧氨氧化浮霉菌16S rRNA 基因.图中刻度代表每100个核苷有5个核苷被置换.方框支架上的数字表示自举值.图1 厌氧氨氧化细菌的系统发育树[6]2 PCR 扩增检测Anammox 微生物用S -P -Planc -0046-a -a -18引物(Pla46F,一种p lanctomy cete 特异性上游引物)(表1)和任一个反向引物1390R(E.coli 位于1390至1407;5.-GACGGGCGGT GT GTACAA -3.)或者630R (E.coli 位于1529至1545;5.-CAKAAAGGA GGT GAT CC -3.)增加了p lanctomy cete 16S rRNA 基因序列相对量[2,11].这些引物对和随后的克隆过程不能定量描述Anam mox 菌.需要专门用于扩增Anammox 微生物的16S rRNA 基因的引物(表1).最有效的方法是混合S -P -Planc -0046-a -a -18(上游引物)引物和任一个反向引物(如Broca -dia 细菌的反向引物S -*--Am x -0820-a -A -22,如Scalindua 细菌的反向引物S -*-BS -820-a -A -22和反向引物S -*-Scabr -1114-a -A -22,或者其他Anam mox 菌的反向引物S -*-Am x -0368-a -A -18)[2,12];退火温度是56-58e (PCR 程序)[2-3].用混合的S -P -Planc -0046-a -a -18上游引物和Amx -0368-a -A 的反向引物测试了10个不同的废水处理厂的样品,其中5个产生了Anammo x 16S rRNA 基因扩增产物[2],系统进化分析发现只有Anammo x 16S rRNA 基因被扩增.采用上述的不同引物,可以区分不同的Anam mox 微生物.运用PCR 方法(DGGE,末端标记限制性片段长度多态性(T RFLP)和定量PCR)进行扩增[2].但是,自从越来越多的Anammo x 微生物的种和属被发现,强烈推荐进行直接测序或者采用专门的16S r RNA 探针印迹分析来证明他们的种属关系[2].3 FISH 检测Anammox 菌运用各种不同的FISH 探针进行了Anam mox 菌的定性和定量的研究[13],S -P -Planc -0046-a -A -18探针(表1)和Anammo x 菌的16S r RNA 基因进行杂交,此探针为初步实验效果较好的探针.但是,S -P -Planc -0886-a -A -19探针专门用于与小梨形菌属(P ir ellula),出芽菌属(Gemm ata),浮霉菌属(Planctomy ces)和I sosp haer a 属杂交,不能与Anam mox 菌的16S rRNA 进行杂交.另外,S -D -Bact -0338-a -A-18探针,是所有细菌的16S rRNA 的靶位点,与浮霉菌门(Planctomy cetes 门)各成员的靶位点不匹配.在1999年,在最初的S -D -Bact -0338-a -A -18探针序列上用2个核甘来代替,构建了S -D -Bact -0338-b -A -18替代探针[2,14].但是,I sosp haer a 和Anammo x 微生物的16S r RNAs 对于S -D -Bact -0338-a -A -18探针只有一个不匹配;用这个探针时,I sosp haera 和A namm ox 微生物的杂交信号较弱[15].建议用S -D -Bact -0338-d -A-18探针作为通用的探针(表1),它对于I sosp haer a 和A nam -52西南师范大学学报(自然科学版) 投稿网址http://xbgjx t 1sw u 1cn 第34卷mox 微生物的16S rRNA s 都匹配[2].表1 厌氧氨氧化细菌的寡核苷酸探针和它们的PCR 引物[2,5]寡核苷酸探针特异性序列5.-3.甲酰胺在杂交缓冲体系的比例/%/NaCl 在淋洗缓冲体系的浓度/(mm ol #L -1)S -P -Planc -0046-a -A -18(Pla46)PlanctomycetalesGACTTGCA TGCCTAATCC 25/159S -P -Planc -0886-a -A -19(Pla 886)Isosp haera,Gemmata,Pirellula,Pla -ntomycesGCCTTGCGACCA TACTCCC 30/112S -D -Bac -t 0338-b -A -18(Eub338II)Bacterial lineages not covered by probes EUB338and EUB338IIGCAGCCACCCGTAGGTGT 0/900S -D -Bac -t 0338-d -A -18(Eub338IV)Bacterial lineages not covered by probes EUB338,EUB338II,and EUBIII GCAGCCTCCCGTAGGAGT 0/900S -*-Amx -0368-a -A -18All Anammox organisms CCTTTCGGGCA TTGCGAA 15/338L -*-Amx -1900-a -A -21Genera /Ca.Brocadia 0and /Ca.Kuenenia 0CAT CT CCGGCT T GAACAA 30/112S -*-Apr -0820-a -A -21(Apr 820)Ca.-Anammoxoglobus propioni cus .AAACCCCTCTACCGAGTGCCC 40/56S -*-Amx -0820-a -A -22(AM X 820)Genera /Ca.Broc adi a 0and /Ca.Kue nenia 0AAAACCCCTCTACTTAGTGCCC40/56S -G -Sca -1309-a -A -21Genus /Ca.Sc ali ndua 0TGGAGGCGAATTTCAGCCTCC 5/675S -*-Scabr -1114-a -A -22/Ca.Scalindua brodae 0CCCGCTGGTAACTAAAAACAAG 20/225S -*-BS -820-a -A -22/Ca.Scalindua w agneri 0,/Ca.Scali nd -ua sorokini i 0TAA T TCCCTCTACTTAGTGCCC 40/56S -S -Ks-t 0157-a -A -18/Ca.Kuenenia stuttgartiensis 0GTTCCGATTGCTCGAAAC 25/159S -*-Ks-t 1275-a -A -20/Ca.Kuenenia stuttgartiensis 0TCGGCTTTA TAGGTTTCGCA 25/159S -S -Ban -0162(B.anam.)-a -A -18/Ca.Brocadi a anammoxidans 0CGGTAGCCCCAA T TGCTT 40/56S -*-Amx -0156-a -A -18/Ca.Brocadi a anammoxidans 0CGGTAGCCCCAA T TGCTT 40/56S -*-Amx -0223-a -A -18/Ca.Brocadi a anammoxidans 0GACA TTGACCCCTCTCTG 40/56S -*-Amx -0432-a -A -18/Ca.Brocadi a anammoxidans 0CTTAACTCCCGACAGTGG 40/56S -*-Amx -0613-a -A -22/Ca.Brocadi a anammoxidans 0CCGCCA TTCTTCCGTTAAGCGG 40/56S -*-Amx -0997-a -A -21/Ca.Brocadi a anammoxidans 0T TTCAGGT TTCTACTTCTACC 20/225S -*-Amx -1015-a -A -18/Ca.Brocadi a anammoxidans 0GA TACCGTTCGTCGCCCT 60/14S -*-Amx -1154-a -A -18/Ca.Brocadi a anammoxidans 0TCTTGACGACAGCAGTCT 20/225S -*-Amx -1240-a -A -23/Ca.Brocadi a anammoxidans 0T TTAGCA T CCCTT TGTACCAACC 60/14-I *-Ban -0071(B.anam.)-a -A -18/Ca.Brocadi a anammoxidans 0CCCTACCACAAACCTCGT 10/450-I *-Ban -0108(B.anam.)-a -A -18/Ca.Brocadi a anammoxidans 0T TTGGGCCCGCAA TCTCA 10/450-I *-Ban -0222(B.anam.)-a -A -19/Ca.Brocadi a anammoxidans 0GCTTAGAA TCTTCTGAGGG 10/450-I *-Ban -0389(B.anam.)-a -A -18/Ca.Brocadi a anammoxidans 0GGA TCAAA T TGCTACCCG 10/450-I *-Ks -t 0031(K.stutt.)-a -A -18/Ca.Kuenenia stuttgartiensis 0ATAGAAGCCTTTT GCGCG 10/450-I *-Ks -t 0077(K.stutt.)-a -A -18/Ca.Kuenenia stuttgartiensis 0T TTGGGCCACACTCTGTT 10/450-I *-Ks -t 0193(K.stutt.)-a -A -19/Ca.Kuenenia stuttgartiensis 0CAGACCGGACGTATAAAAG 10/450-I *-Ks -t 0288(K.stutt.)-a -A -20/Ca.Kuenenia stuttgartiensis 0GCGCAAAGAAA TCAAACTGG10/450最初测定Anam mox 微生物的探针是针对/Ca.Br ocadia 0或/Ca.K uenenia 0而设计(表1).S -*-Amx -0820-a -A -22对于/Ca.B rocadia 0和/Ca.K uenenia 0都能与它们的16S rRNA 进行杂交[2].为了区分两种属,靶标于螺旋9a 和9b 的探针对于/Ca.B rocadia 0和/Ca.K uenenia 0都是唯一的(表1,S -S -Kst -0157-a -A -18探针和S -S -Ban --0162-a -A -18探针)[2].S -*-Kst -1275-a -A -20探针(表1)对于/Ca.K ueneniastuttgar tiensis 0的16S rRNA 是特效的[2].23S rRNA 靶标探针L -*-Am x -1900-a -A -21用于专门测定/Ca.Brocadia 0和/Ca.K uenenia 0的23S rRNA[16].目前已经发现Anam mox 菌种/Ca.S calindua 0,并且发现用于测定/Ca.K uenenia 0和/Ca.Br o -cadia 0的探针不足以测定所有的A namm ox 菌.因此,S -G -Sca -1309-a -A -21探针、S -*-Scabr -1114-a -A -22探针和S -*-BS -820-a -A -22探针(表1)用于测定/Ca.Scalindua 0不同的16S r RNAs [2].尽管在53第4期 祖 波,等:分子生物学测定Anammo x 菌研究进展54西南师范大学学报(自然科学版)投稿网址http://xbgjx t1sw u1cn第34卷一般意义上说,S-*-Amx-0820-a-A-22探针不是/Ca.Scalindua0的16S rRNAs的靶标;如果S-*-BS-0820-a-A-22探针被竞争时,它能和/Ca.S calindua0细胞中的16S rRNAs进行杂交[2].Candidatus0A na-mmox og lobus p r op ionicus0可以用S-*-Apr-0820-a-A-21探针进行杂交(表1)[5].探针的详细资料在探针库网站中可以查找(w w w.microbia-l ecolo /probebase).在全球氮循环中,用FISH探针测定海洋环境中的/Ca.Scalindua0对于Anam mox菌是非常重要的[2].4高级的FISH方法测定Anammox菌的活性用FISH标记16S和23S rRNA之间的ISR是其中的一种高级的FISH方法[17].对于很多生长迅速的微生物,在细胞中FISH的信号强度与核糖体的浓度和rRNA前体分子成正比.但是,对于好氧氨氧化菌和Anamm ox微生物,在饥饿和抑制期间,核糖体的成分没有明显的减少.这些特性可能与它们严格和专一的化能生长途径,以及极端的抗饥饿的有关.因此,这些细胞的rRNA成分不反映这些微生物的生理学活性[2].对于生长缓慢细菌,rRNA前体浓度通过测定细胞内核糖体翻转率(生长速率)来直接测定微生物的活性.为了了解Anamm ox菌的原位活性,16S rRNA和23S rRNA之间的ISR与荧光标记低(聚)核苷酸探针一起靶标[2].这些序列的延伸只存在于rRNA前体中,不存在于成熟的核糖体中.但是,单个的低(聚)核苷酸探针在Anammo x微生物中检测ISR不够明亮.只有在同时应用4个探针标记ISR才能获得足够的信号扩增.当Anamm ox微生物暴露在氧中,ISR靶标探针立即捕获它们的代谢信息.通过应用ISR 靶标探针(ISR-FISH)进行其他样品的实验,表明了ISR靶标探针(ISR-FISH)在监测生态系统中和富集培养基中的Anammo x菌活性的变化方面具有巨大的潜力.因此,这种方法对于在反应器启动期间有效监测Anamm ox菌活性非常适合.两套ISR探针分别用于/Ca.Br ocadia anam mox idans0和/Ca.K uenenia stuttgar tiensis0,但不能广泛推广,这就意味着在每个专门的生态系统都要用新的探针[2].混合FISH-MAR是测定Anamm ox微生物代谢活性的另一种方法,因为Anam mox菌是化能自养微生物且以CO2为主要的碳源,FISH-MA R实验能测定Anam mox菌.通过物料平衡测定这些培养中的CO2呼吸量,FISH-M AR能有效的排除其他细菌的干扰.在批试验中,混合培养厌氧和好氧氨氧化菌,接种这些培养物在好氧测定硝化菌的呼吸CO2量和厌氧测定Anam mox菌呼吸CO2量.FISH-MAR能成功用于测定Anammo x菌[2].但是,由于接种时间太长,测定结果可能不是反应样品当时的微生物生理状态,这个问题可以通过ISR-FISH来克服[2].5结语由于每一种测试方法都有自身的局限性,因此复合基于rRNA的方法和非基于rRNA的方法对于广泛了解生态系统中的Anammo x菌非常必要.活性厌氧氨氧化微生物的测定和鉴别有利于接种厌氧氨氧化菌于实验室、中试和污水处理厂进行深入研究,有利于进一步了解Anam mox微生物微环境的差别.为新型生物脱氮工艺的开发以及废水生物脱氮技术的应用提供了微生物学的理论基础,对于利用分子生物学的最新技术于废水处理领域提供一些前期资料.参考文献:[1]祖波,张代钧,白玉华.厌氧氨氧化菌特性及其在生物脱氮中的应用[J].微生物学通报,2006,33(1):149-153.[2]Schmid M C,M aas B,Dapena A.Biomar ker s fo r in Situ Detectio n of A naerobic A mmonium-Ox idizing(A nammox)Bac-teria[J].Applied and Envir onment al M icr obio log y,2005(71):1677-1684.[3]L ee N,Nielsen P H,A ndreasen K H,et bination of Fluorescent in Situ Hybridization and M icroauto radiography-a NewTool for Structure-function Analyses in M icrobial Ecolo gy[J].A ppl Environ M 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-Candid atus /Brocadia 0(Candid atus /Br ocadia f ulgida 0,an -aer obic ammonium -ox idiz ing p lanctomy cete and Candidatus /Br ocadia anammox ida 0),Cand idatus /K uenenia 0(Candid atus /K uenenia stuttgarti 0),Cand idatus /Scalindua 0(Cand idatus /Scalindua w agne -ri 0,Candidatus /Scalindua brodae 0and Candidatus /S calindua sor okinii 0)and heterotrophic Anam mox bacteria genera (Candidatus /A nammox oglobus p rop ionicus 0,anaer obic ammonium -ox id iz ing p lanctomy ce -te Cq uenviron -1and Candidatus /J ettenia asiatica 0)..Anam mox bacteria w ere determined by m olecular biolo gy metho d w hich included PCR -based methods such as denaturing g radient gel electrophoresis,term-i nal r estr iction fr ag ment leng th polym orphisms,and quantitativ e PCR;FISH ;FISH -MAR;ISR -FISH and so bination of m olecular biolog y and traditional methods is necessary to allow a comprehensive study of Anamm ox bacteria.It had m ag nitude sig nificance fo r under standing the character of Anam mox bacteria and ex plo iting the new bio logical nitro gen remov al technique.Key words:anam mox bacteria;molecular biolo gy;determ inatio n责任编辑 陈绍兰55第4期 祖 波,等:分子生物学测定Anammo x 菌研究进展。
厌氧氨氧化的原理及应用
厌氧氨氧化的原理及应用原理厌氧氨氧化（Anammox）是一种新型的氮循环过程，能够将氨氮直接转化为氮气，通过厌氧氧化反应来实现。
此过程主要包括两个步骤：厌氧氨氧化反应和硝化反应。
1.厌氧氨氧化反应：在此反应中，厌氧氨氧化细菌利用铁硫酶在缺氧条件下将氨氮和氨氧化反应生成亚硝酸盐。
这个过程是通过厌氧氨氧化细菌体内的膜类联酶红蛋白（Hemerythrin）酶催化完成的。
2.硝化反应：在这一步骤中，亚硝酸盐会被硝化细菌进一步氧化为氮气，并释放到大气中。
这个反应是通过硝酸细菌产生的氧氧化亚硝酸盐的酶（氧化酶）催化完成的。
综合来看，厌氧氨氧化是一种氮转化过程，通过厌氧氧化和硝化反应将氨氮转化为氮气，从而实现氮循环。
应用厌氧氨氧化过程具有以下几个应用领域：1.污水处理：厌氧氨氧化被广泛应用于污水处理领域，可以高效地去除废水中的氨氮。
相较于传统的硝化反应，厌氧氨氧化的反应速度更快、反应条件更温和，能够节约能源和减少化学药剂的使用，具有较好的经济性和环境友好性。
2.氮肥生产：由于厌氧氨氧化可以直接将氨氮转化为氮气，因此该过程可用于氮肥的生产。
通过将废水中的氨氮进行处理和转化，可以制备出高纯度的氨氮肥料，提高氮肥利用效率。
3.环境修复：厌氧氨氧化过程也可用于环境修复。
例如，在一些河流、湖泊和水库中，氨氮的过量积累会导致水体富营养化问题，对水生态系统造成严重破坏。
通过引入厌氧氨氧化技术，可以将废水中的氨氮高效转化为氮气，减少对水体的负荷，从而实现环境修复。
4.增氧系统优化：利用厌氧氨氧化技术，可以在增氧系统中实现氮气的去除。
传统的增氧系统中，硝化反应和反硝化反应需要通过供氧和通气来维持反应条件，而这些过程会消耗大量的能源。
引入厌氧氨氧化过程后，可以减少反应中对氧气和能源的需求，降低运行成本，同时提高系统的稳定性。
5.氮循环研究：通过深入研究厌氧氨氧化过程，对氮循环和氮转化机制有更深入的理解。
这对于优化氮循环过程、改进氮肥利用和水体管理具有重要意义。
厌氧氨氧化菌与脱氮菌关系研究进展
厌氧氨氧化菌与脱氮菌关系研究进展陈瑞【摘要】以AAOB为基础,本文对AAOB与硝化菌、反硝化菌和厌氧甲烷氧化菌之间的关系进行论述,并介绍了这些菌相关的不同污水处理工艺.硝化菌AOB和AOA可以为AAOB提供亚硝酸盐氮;反硝化菌还原作用可为AAOB提供亚硝酸盐氮;有机物丰富时,反硝化菌能够抑制AAOB活性.AAOB与N-damo菌均以亚硝酸盐为电子受体,而代谢产物可作为对方的反应物.【期刊名称】《中国资源综合利用》【年(卷),期】2019(037)002【总页数】4页(P96-99)【关键词】厌氧氨氧化细菌;硝化菌;反硝化细菌;厌氧甲烷氧化菌【作者】陈瑞【作者单位】新疆大学资源与环境科学学院,乌鲁木齐 830046【正文语种】中文【中图分类】X703.3水体中过量的氮可能导致水体富营养化，危害水体生态环境，因此污水脱氮显得极为重要。
研究表明，厌氧氨氧化过程造成海洋生态系统中30%～50%的氮损失，对水体氮元素的去除起到巨大的作用[1]。
厌氧氨氧化是无机自养过程，于20世纪90年代初在反硝化流化床中被发现，厌氧氨氧化过程不消耗有机碳，不需曝气，剩余污泥量少，且能同时去除氨氮和亚硝酸盐氮，作为经济、节能、高效的脱氮技术，已成为水污染控制工程领域近几年的研究热点[2]。
厌氧氨氧化菌（Anaerobic ammonium oxidation bacteria，AAOB）的存在实现了厌氧氨氧化过程，已被发现的包括Ca.Brocadia，Ca.Kuenenia，Ca.Scalindua，Ca.Anammoxoglobus，Ca.Jettenia和Ca.Anammoximicrobium，都属于浮霉菌门（Planctomycetes）。
AAOB尚未从培养物中分离纯化，表明它们可能与其他微生物共存[3]。
在此基础上，其衍生出与厌氧氨氧化过程结合的工艺，如亚硝化/厌氧氨氧化工艺（Partial-nitritation/anammox，PN/A）、同步亚硝化厌氧氨氧化反硝化工艺（Simultaneous partial nitrification，anammox and denitrification，SNAD）、厌氧氨氧化-甲烷厌氧氧化联合工艺等，这些工艺较单纯的厌氧氨氧化工艺或传统的硝化-反硝化工艺更具优势。
厌氧氨氧化菌特性及厌氧氨氧化应用与影响因素
厌氧氨氧化菌特性及厌氧氨氧化应用与影响因素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。
1引言随着城市人口的增多和工业化水平的发展，我国水资源污染问题日渐突出，水体富营养化问题加剧，处理城市污水已成为当下的热点。
相比于其他的脱氮工艺，厌氧氨氧化反应不但展现出更好的脱氮性能，而且不需要外加有机碳源作为电子供体，在节约成本的同时，防止了投加碳源所产生的二次污染；避免了温室气体的排放，同时也减少了实验所需的占地空间[1]。
2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）。
由图1，可以看出，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。
4厌氧氨氧化工艺的影响因素(1) 温度，温度主要是通过影响酶的活性进而影响厌氧氨氧化反应。
郑平等[2]研究表明，当温度从15 ℃提升到35 ℃时，反应的速率加快；随着温度升高到35 ℃时，反应速率随之下降，所以最适的温度在30 ℃左右。
30~35 ℃是厌氧氨氧化菌的最佳生存的温度。
（2）pH，pH通过两个方面对厌氧氨氧化菌产生影响。
一方面是厌氧氨氧化菌的耐受程度，另一方面也影响基质的平衡。
Strous等[3]研究厌氧氨氧化菌最适宜的pH在6.7~8.3之间，而在8.0左右是其最大的反应速率。
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
厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用
厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用一、引言随着人口的快速增长和工业化进程的加速，污水处理已经成为当今社会中不可或缺的一部分。
在污水处理中，氮的去除是一个关键的环节，因为过多的氮元素会导致水体富营养化，引发蓝藻水华等一系列环境问题。
厌氧氨氧化菌（Anammox）作为一种氮移除的新技术，在污水处理中展现出了巨大的潜力。
本文主要介绍了厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用。
二、厌氧氨氧化菌脱氮机理厌氧氨氧化菌脱氮机理是一种特殊的氮循环过程。
厌氧氨氧化菌通过厌氧氨氧化作用将氨氮（NH4+）和亚硝酸盐氮（NO2-）转化为氮气（N2），并释放出能量。
该过程由两个关键的步骤组成：厌氧氨化和厌氧反硝化。
首先，厌氧氨化将氨氮和亚硝酸盐氮转化为亚硝酸氮（NO2-）和氨氮中间体。
然后，亚硝酸氮通过厌氧反硝化转化为氮气。
整个过程中产生的能量可用于维持细胞生长和代谢。
三、厌氧氨氧化菌在污水处理中的应用1. 厌氧氨氧化池厌氧氨氧化池是目前将厌氧氨氧化技术应用于污水处理的主要方式之一。
该池可在低氧条件下，通过添加含氮废水并控制适宜的水质参数，为厌氧氨氧化菌提供生长的环境。
在厌氧氨氧化池中，厌氧氨氧化菌通过消耗氨氮和亚硝酸氮，使废水中的氮得到有效去除。
2. 厌氧氨氧化反应器厌氧氨氧化反应器结构简单，操作方便，因此被广泛应用于厌氧氨氧化菌的培养和研究。
该反应器可通过控制温度、PH值、营养物质等条件，为厌氧氨氧化菌提供适宜的生长环境，进一步促进其对氮的去除效果。
3. 厌氧氨氧化菌与其他技术的联合应用厌氧氨氧化菌可以与其他污水处理技术相结合，提高氮的去除效率。
例如，厌氧氨氧化菌与好氧氨氧化菌的联合使用可以构建厌氧-好氧反硝化系统，减少了传统污水处理过程中需用到的废水流量和化学药剂的使用量。
四、厌氧氨氧化菌脱氮技术的优势与挑战1. 优势（1）氮去除效率高：厌氧氨氧化菌脱氮技术能够高效去除废水中的氮，有效解决水体富营养化问题。
科技成果——厌氧氨氧化高效生物脱氮技术
科技成果——厌氧氨氧化高效生物脱氮技术适用范围适用于高氨氮废水的生物脱氮，如污泥消化液、畜禽养殖废水、垃圾填埋场渗滤液、化肥生产废水、制药废水及酿酒行业等生产废水，尤其适用于高氨氮低C/N比废水处理。
成果简介厌氧氨氧化是指在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌直接以为NH4+电子供体，以NO3-或NO2-为电子受体，将NH4+、NO3-或NO2-转变成N2的生物氧化过程。
较传统脱氮技术相比，不需投加碳源，可节省曝气电耗60%、减少占地30%、节省建设费30%、节省运行费40%、降低温室气体排放量90%以上，是高氨氮废水处理的革命性替代技术。
该高氨氮废水处理工艺的核心工艺为厌氧氨氧化技术，同时耦合短程硝化、同步硝化反硝化、厌氧产甲烷等技术。
工艺流程该技术的核心工艺为厌氧氨氧化工艺，根据进水有机物的浓度及排放标准要求可优化厌氧氨氧化单元之前的预处理单元与之后的深度处理单元。
预处理单元主要去除进水中的COD、SS等污染物或回收进水中蕴含的能源及物质，进水中高浓度可生物降解有机物可采用厌氧生物处理工艺去除，进水中的SS可采用沉淀工艺去除。
经过厌氧氨氧化处理后，部分指标不能达到排放标准，需要通过深度处理单元进行去除，可采用曝气生物滤池、高级氧化、纳滤、反渗透等工艺。
关键技术短程硝化稳定控制技术菌种生产性富集和培养技术功能微生物群落变化定向调控技术厌氧氨氧化工艺快速启动技术多种生化反应速率精确调控技术溶解氧与pH精确监测和控制技术技术效果该技术充分发挥厌氧氨氧化工艺高效脱氮的特点，在生物处理系统中培养、富集短程硝化菌与厌氧氨氧化菌，在不投加外碳源的基础上，TN去除率＞85%，降低曝气能耗。
技术水平北京城市排水集团有限责任公司从2006年开始从事厌氧氨氧化技术研发，是我国最早从事厌氧氨氧化技术研发的企业，历经十余年的研发与应用研究，厌氧氨氧化关键技术研究和技术应用均取得了多项重大突破，包括：成功实现了生产性规模的厌氧氨氧化菌富集和纯化，开发了“颗粒污泥”与“生物膜”厌氧氨氧化菌培育技术，厌氧氨氧化菌纯度达到90%以上；厌氧氨氧化工艺系统总氮去除率稳定达到85%以上，氨氮去除率95%以上，总氮去除负荷最高达10kg/m3•d；厌氧氨氧化工艺的启动时间缩短至3个月（原厌氧氨氧化工艺启动需2-3年）。
厌氧氨氧化生物脱氮工艺研究进展
厌氧氨氧化生物脱氮工艺研究进展作者：钱欣来源：《科技创新与应用》2019年第18期摘 ;要：厌氧氨氧化（Anammox）反应作为一种新型的自养生物脱氮过程，是指以厌氧或缺氧作为前提，亚硝态氮（NO2-N）充当电子受体，厌氧氨氧化菌（AnAOB）将氨氮（NH4+-N）氧化成N2。
文章简述了厌氧氨氧化的反应机理，列举了几种厌氧氨氧化工艺。
具有重要的理论和实际意义。
关键词：厌氧氨氧化;生物脱氮;代谢机理中图分类号：X703 ; ; ; ; 文献标志码：A ; ; ; ; 文章编号：2095-2945（2019）18-0118-02Abstract： Anaerobic ammonium oxidation（ANAMMOX）is a novel biological nitrogen removal process. It refers to the biological process of anaerobic ammonium oxidation of microorganisms with NO2-N as an electron acceptor and oxidation of NH4+-N to nitrogen （N2） by AnAOB under anaerobic or anoxic conditions. The mechanism of anaerobic ammonium oxidation reaction is reviewed. Several anaerobic ammonium oxidation processes are listed， which have important theoretical and practical significance.Keywords： anaerobic ammonium oxidation; biological nitrogen removal; metabolic mechanism1 概述现如今，傳统的生物脱氮技术存在一些局限性：如曝气耗能量大、有机碳源缺乏、操作流程繁琐、耐冲击负荷能力差等。
高氨氮工业废水厌氧氨氧化高效脱氮与稳定运行关键技术及应用
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《2024年厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用》范文
《厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，水体富营养化问题日益严重，其中氮污染已成为主要的环境问题之一。
在污水处理过程中，脱氮技术显得尤为重要。
厌氧氨氧化菌作为一种具有高效脱氮能力的微生物，在污水处理领域得到了广泛的应用。
本文将重点探讨厌氧氨氧化菌的脱氮机理及其在污水处理中的应用。
二、厌氧氨氧化菌脱氮机理厌氧氨氧化菌（Anammox）是一种能够在厌氧条件下，以亚硝酸盐为电子受体，将氨氮氧化为氮气的微生物。
其脱氮机理主要包括以下几个步骤：1. 氨氮的氧化：厌氧氨氧化菌利用亚硝酸盐作为电子受体，将氨氮氧化为羟胺。
2. 羟胺的转化：羟胺在酶的作用下，进一步转化为联氨（N2H4）。
3. 氮气的生成：联氨与亚硝酸盐在厌氧氨氧化菌的作用下发生反应，生成氮气（N2）和水（H2O）。
这一过程中，厌氧氨氧化菌具有高效、节能、无二次污染等优点，使得其在污水处理中具有独特的优势。
三、厌氧氨氧化菌在污水处理中的应用1. 污水处理工艺中的运用：在传统的污水处理工艺中，常常需要消耗大量的能源和化学药剂。
而厌氧氨氧化菌的运用，可以在不消耗额外能源和化学药剂的情况下，实现高效的脱氮效果。
同时，该工艺具有操作简单、运行成本低等优点。
2. 处理高氨氮废水：对于高氨氮废水，如垃圾渗滤液、养殖业废水等，采用厌氧氨氧化技术可以有效地降低水中的氨氮含量。
同时，该技术还可以与其他生物处理技术相结合，进一步提高脱氮效果。
3. 节能减排：由于厌氧氨氧化菌的脱氮过程无需额外提供能源和化学药剂，因此可以大大降低污水处理过程中的能耗和药耗，实现节能减排的目的。
4. 提升污水处理效率：通过优化厌氧氨氧化菌的生长环境和培养条件，可以提高其生物活性，从而提高污水处理效率。
此外，还可以通过与其他生物处理技术相结合，进一步提高脱氮效果。
四、结论厌氧氨氧化菌作为一种具有高效脱氮能力的微生物，在污水处理领域具有广泛的应用前景。
厌氧氨氧化(Anammox)生物脱氮工艺在污泥水处理中的应用
厌氧氨氧化(Anammox)生物脱氮工艺在污泥水处理中的应用梁伟刚【摘要】随着我国对生态保护要求的不断提高,各种不同的污水处理工艺也应运而生.该文旨在对厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,Anammox)工艺的机理进行分析,并介绍该工艺在北方某污水处理厂污泥水处理中的应用实例.%With the improving requirement of ecological protection, various wastewater treatment processes have been developed.The paper provided a mechanism analysis of Anammox (anaerobic ammonium oxidation) process, as well as made an introduction of its application in a wastewater treatment plant in north China for sludge water treatment.【期刊名称】《净水技术》【年(卷),期】2011(030)003【总页数】3页(P44-46)【关键词】厌氧氨氧化、生物脱氮;污泥水处理【作者】梁伟刚【作者单位】郑州市污水净化有限公司,河南郑州,450006【正文语种】中文【中图分类】TU992.3Anammox生物脱氮的基本原理是将硝化过程控制在亚硝酸盐阶段，直接进行反硝化。
Anammox生物脱氮过程的反应式如下：Anammox生物脱氮工艺的标志是有稳定且高效的亚硝酸盐的积累，影响亚硝酸盐积累的因素有：游离氨浓度、DO、温度、pH、污泥龄及有害物质等。
硝化反应在4～45℃内均可进行，适宜温度为20～30℃，超过25℃，硝化反应速率降低，亚硝化反应速率增大，实现短程硝化反硝化的温度应控制在30～35℃。
厌氧氨氧化菌
SHANON-ANOMMOX 工艺
• 厌氧氨氧化过程是氨氮和亚硝酸盐以接近 1∶ 1 的比例进行的氧化还原反应，所以， 对于高氨氮、低亚硝酸盐的污水处理来说， 前期的短程硝化阶段是必要的，即将部分 氨氮转化为亚硝酸盐，从而保证厌氧氨氧 化的反应底物比例。
CANON 工艺
• 对于有机质含量低的污水，除了将短程硝化、 厌氧氨氧化作用分置于两个反应器中，还可以 将两个反应相结合形成一体化反应器，即 CANON( completely autotrophic nitrogen removal over nitrite) 工艺。氨氮在两种细菌 ( AOB 和anammox) 的共同合作下完成转化。在 反应器中，AOB 消耗氧气氧化氨氮产生亚硝酸 盐，并提供缺氧环境使anammox 细菌同时生 长; 然后氨氮和亚硝酸盐在厌氧氨氧化作用下 产生氮气脱离反应体系。
在深海厌氧污泥、海洋紊流处污泥、富含有机质的淡水 污泥、水生附着生物为主的好氧污泥、古冻土冻结污泥、陆 面多种水体、多种污水处理系统以及热带、温带、寒带的厌 氧海洋环境中均发现有anammox 细菌的存在。
利用分子生物学方法对不同生态环境中厌 氧氨氧化细菌进行观察和鉴定，发现其多样性 有3个特点：
厌氧氨氧化菌的生理生化特点
• 生理结构特点： Anammox 细菌是一类生长缓慢的微生 物，世代周期约为10—12d; 菌体呈球菌状， 直径不足1μm; 对光和氧气等较敏感。当前， 还未获得anammox 细菌的纯培养菌株，在 对anammox 细菌进行富集培养时，会发现 anammox 污泥颜色由棕色变为深红色
•
总结厌氧氨氧化菌主要的生理生化特 点、细胞结构特点、脱氮机理、污水处理 体系中的应用以及分子生物学方法对污水 处理体系中厌氧氨氧化菌种群分析的研究 现状，并指出未来anammox 细菌在生物特 性及在污水脱氮处理实际应用的研究中的 热点问题。
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厌氧氨氧化菌特性及其在生物脱氮中的应用*祖 波1 张代钧1,2** 白玉华1(重庆大学环境科学系 重庆 400030)1(重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点试验室 重庆 400030)2 *国家自然科学基金资助(No .50378094)教育部优秀青年教师基金项目(No .教人司[2003]355号)**通讯作者 Tel /Fax :86-023-********,E -mail :dzhang @cqu .edu .cn收稿日期:2005-05-09,修回日期:2005-07-11摘要:在无分子氧环境中,同时存在NH +4和NO -2时,NH +4作为反硝化的无机电子供体,NO -2作为电子受体,生成氮气,这一过程称为厌氧氨氧化。
目前已经发现了3种厌氧氨氧化菌(B rocad i a ana mm oxidan s ,K uenenia st u tt gartiensis ,Sca li ndua s or ok i n ii );对厌氧氨氧化菌的细胞色素、营养物质、抑制物、结构特征和生化反应机理的研究表明,厌氧氨氧化菌具有多种代谢能力。
基于部分硝化至亚硝酸盐,然后与氨一起厌氧氨氧化,以及厌氧氨氧化菌与好氧氨氧化菌或甲烷菌的协同耦合作用,提出了几种生物脱氮的新工艺(ANAM -M OX 、SHA RON -ANAMM OX 、CANON 和甲烷化与厌氧氨氧化耦合工艺)。
关键词:厌氧氨氧化菌,ANAMM OX ,CANON ,S HARON -ANAMM OX中图分类号:X 703 文献标识码:A 文章编号:0253-2654(2006)01-0149-05The Character and App lication of Ana mm ox Bat er i a i n W aste wat er B i ot reat m ent*ZU Bo 1 ZHANG Dai -Jun 1,2** B A IYu -H ua 1(D e part m en t ofE nvir on m en t a lS cience ,Cho ngq i ng Un iver sity ,Cho ngqi ng 400030)1(Key Lab or a t or y fo r t he E xp l oit a tio n ofS o u t h wester n R es o urce ＆the Envi r on men t a lD is asterCon t r o lEng i neering ,M i n istr y of Educati o n ,Chongqi ng 400030)2Ab stract :An aerob i c amm on i u m oxi dati on i s a ne w p roces s in w h i ch a mm on i u m is oxidized w ith n itrit e as t h e e -l ectron accep t or under anox i c cond iti ons ,prod u ci ng d i n itrogen gas .Th ree ana mm ox b act eria (B r o cad i a ana m -m oxi da n s ,Kuene n i a st u tt gartie n sis ,Sca li ndua s o ro ki n ii )have been f ound recentl y .Th e investigation on cyto -ch ro m e s pectra ,nu triti on ,i nhibit ors ,cell struct u res and b i oche m istry reacti on m echan is m s i n ana mm ox bact eri -a i nd icat ed t hat ana mmox bacteria had t he poten ti a l of d i verse me t abo l ic t ypes .Several novelm i crob ial n itrogenre m ovalp rocess esh ave been devel op ed (ANA MMOX process 、S HARON -ANAMMOX p rocess 、CANON p rocessan d i n t egrati on ofm ethanogenesisw it h anaer obic a mmon i u m oxi dation ).K ey words :Ana mmox bact eri a ,ANAMMOX ,CANON ,S HAR ON -ANA MMOX1977年B roda 指出,化能自养细菌能以NO -3、CO 2和NO -2作为氧化剂把NH +4氧化为N 2。
推测自然界可能存在以NO -2为电子受体的厌氧氨氧化反应[1]。
后来有研究发现氨氧化菌N itroso m onas europaea 和N itr os omonas e u tropha 能同时硝化与反硝化,利用NH 2OH 还原NO -2或NO 2,或者在缺氧条件下利用NH +4作为电子供体,把NH +4转化为N 2。
在利用NO 2为电子受体时,其厌氧氨氧化的最大速率(以单位蛋白质计)约为2nm ol /(m in m g )。
然而在反硝化的小试实验中发现了一种特殊自养菌的优势微生物群体,它以NO -2为电子受体,最大比氨氧化速率(以单位蛋白质计)为55nmo l /(m i n m g )。
此反应比N itroso m onas快25倍,把这种细菌称为厌氧氨氧化菌[2]。
在无分子氧环境中,同时存在NH+4和NO-2时,NH+4作为反硝化的无机电子供体, NO-2作为电子受体,生成氮气,这一过程称为厌氧氨氧化。
近年来,在厌氧氨氧化菌生理生化特性的理论研究领域和废水生物脱氮的应用研究领域都有了许多新的发现,这对于全面认识厌氧氨氧化菌的性质、开发新的废水脱氮技术都具有重要意义。
1 厌氧氨氧化细菌的微生物学特性1.1 厌氧氨氧化菌的菌种1.1.1 Cand iadatus“B roc ad ia anamm oxi d ans”:S trous等研究了SBR反应器中厌氧氨氧化污泥(优势菌为B.anamm oxidans)的生理学参数。
富集培养得到的细菌70%以上是一种优势自养菌。
经过pH7.4、20mm o l/L的K2H PO4/K H2PO4缓冲剂和2.5%的戊二醛混合液处理后,在电子显微镜下表现出不规则的微生物特性。
采用改进的Pe r coll密度梯度离心分离法分离得到了非常纯的细胞悬浮物,在每200～800个细菌中含有不到1个杂细菌。
这些纯化的厌氧氨氧化菌活性很高,从中提取的DNA通过PCR扩增确认。
16S r RNA的分析表明B.ana mm oxi d ans是厌氧氨氧化工艺的功能微生物,确认了厌氧氨氧化菌是P l a nct o m ycet a les序列中自养菌的一个新成员,被命名为Cand i a datus “B.anamm oxidans”[3]。
此菌种适宜的pH值和温度范围分别为6.7～8.3,20℃～43℃。
最佳条件:pH8.0,温度40℃[2]。
对NH+4和NO-2的亲和力常数低于0.1mg N/L,生物量细胞产率(以单位氨计)为(0.066±0.001)mo l/m ol,最大比氨消耗速率(以单位蛋白质计)为(45±5)n m o l/(m in m g),倍增时间为11d[2]。
1.1.2 Cand i a datus“Kueneni a stutt g artiensis”:Candida t u s“K.stutt g artiensis”菌是从德国和瑞士几个污水处理厂的生物膜反应器中发现的。
Egli等的研究结果表明, K.stutt g artiensis与B.anammox i d ans的作用方式类似,电镜显示其细菌结构也类似。
但它对磷酸盐有更高耐受性(20mm ol/L),对亚硝酸盐耐受性则为13mm o l/L,在细胞密度更低的情况下有活性。
最大的厌氧氨氧化活性(以单位蛋白质计)为26.5nm ol/ (m g m in),比B.anamm oxi d ans低。
pH范围是6.5～9.0,最佳为8.0。
最佳温度为37℃,在45℃时观察不到厌氧氨氧化活性,并且发现温度降至37℃时厌氧氨氧化活性不会恢复。
在11℃时的活性约为37℃的24%,可见它适宜生存于中温偏碱性环境[4]。
1.1.3 Cand i d atus“S c alindua s orok i n ii”:最近在黑海发现的Cand i d atus“Sc a lindua soro-kinii”。
它又分为两种厌氧氨氧化菌种Cand i d atus“Sc a lindua brodae”和Cand i d atus “S c alindua wagneri”[5],其生理特性研究较少。
1.2 厌氧氨氧化菌的细胞结构及色素 厌氧氨氧化菌是革兰氏阴性光损性球状化能自养菌,直径不到1μm[3]。
具有蛋白质的S层,细胞壁上存在漏斗状结构,无肽聚糖,厌氧氨氧化菌有一个单一双分子层(膜)即厌氧氨氧化体(ana mm oxo so m e)。
厌氧氨氧化菌的细胞质因此被ana mm oxoso m e分为3个部分:(A)外部区域(细胞壁(ce ll w a ll),细胞质膜(cy toplas m ic m e m brane),PP质(pa r yphop las m),细胞内质膜(intra-cy toplas m ic m e m brande))。
(B)核糖质(ribop las m)。
(C)厌氧氨氧化体膜(ana mm ox-oso m e m e m brane),厌氧氨氧化体(ana mm oxoso m e),类核(nucleo i d)[6],见图1。
在富集培养期间,厌氧氨氧化菌污泥颜色从棕色变为深红。
对厌氧氨氧化菌细胞和细胞提取物的可见光谱分析发现c型细胞色素的吸收信号明显增加。
77K的细胞光谱分析表明图1 浮霉状菌纲细菌的电镜观察没有a 型、b 型和d 1型的细胞色素。
在厌氧氨氧化活性增加期间,468nm处的吸收信号逐渐增加并达到最高值,用CO 处理后就消失[2]。
1.3 厌氧氨氧化菌的营养 厌氧氨氧化菌培养基含NH +4(5～30mm o l /L )、NO -2(5～35mm ol /L )、重碳酸盐(10mm o l /L )、矿物质及微量元素[2]。