厌氧氨氧化的简介——李权全解

2020/4/10
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Anammox 的影响因素
氧 温度（30~35） 超过45会不可逆失活
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。
承受限度（6.7~8.3） 影响基质的有效性
pH
泥龄（越长越好）
影响 因素
基质浓度
一．生理生化特征：
厌氧氨氧化菌为化能自养型细菌,以二氧化碳作为唯 一 碳源，通过将亚硝酸氧化成硝酸来获得能量，对氧敏 感。
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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。
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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。
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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：
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Nir：亚硝酸还原酶 HZS：联氨合成酶 HDH：联氨水解酶
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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
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和厌氧氨氧化的脱氮工艺（荷兰Delft大学2001年开 发的）。
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Sharon-Anammox工艺
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+→
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
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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。
•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
产物，羟胺可能来自NO2-，联氨转化为N2的过程被假定为 给NO2-还原成羟胺提供电子。
而且有少量的NO2-转化为NO3-，可能是为了 给厌氧氨化菌固定碳提供电子。
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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
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
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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0.81.1μm。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 )
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
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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
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Anammox 的反应机理
一．反应方程式
其中包括了分解代ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，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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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： 厌氧氨氧化是以NO2-而不是NO3-为电子受体 。 羟胺和联氨ANAMMOX反应的重要代谢中间
• 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+
1.02N2+ 0.26NO3-+ 0.066CH2O0.sN0.1s+ 2.03H2O
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。
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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。