【上世紀80年代末，在荷蘭代夫爾特一個酵母廠的污水脫氮流化床反應器中，一個奇怪的現象被發現了，反應器中NH4+ 消失的同時有N2 生成，可以判斷這里面存在之前科學家推測的厭氧氨氧化反應。】

20世(shi)紀，全球人(ren)口增(zeng)兩倍(bei)，人(ren)類用水(shui)(shui)(shui)(shui)則(ze)激增(zeng)五倍(bei)，約(yue)12億人(ren)用水(shui)(shui)(shui)(shui)短缺(que)(que)，水(shui)(shui)(shui)(shui)資(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)短缺(que)(que)尤其(qi)是水(shui)(shui)(shui)(shui)質(zhi)性缺(que)(que)水(shui)(shui)(shui)(shui)成(cheng)了世(shi)界共同面對(dui)的(de)(de)資(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)危機(ji)，生活(huo)、工(gong)業(ye)、農業(ye)污水(shui)(shui)(shui)(shui)是污水(shui)(shui)(shui)(shui)主(zhu)要(yao)來源(yuan)(yuan)(yuan)，污水(shui)(shui)(shui)(shui)處理(li)順(shun)理(li)成(cheng)章(zhang)成(cheng)為新興(xing)朝陽產(chan)業(ye)。污水(shui)(shui)(shui)(shui)生物處理(li)的(de)(de)實(shi)質(zhi)就(jiu)是通過(guo)微生物的(de)(de)新陳代謝活(huo)動，將污水(shui)(shui)(shui)(shui)中的(de)(de)有機(ji)物分解，從(cong)而達到凈化(hua)(hua)污水(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。污水(shui)(shui)(shui)(shui)處理(li)在水(shui)(shui)(shui)(shui)質(zhi)改善的(de)(de)同時(shi)，還要(yao)求所采用技術低能耗、少資(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)損耗，厭(yan)(yan)氧氨氧化(hua)(hua)與亞硝化(hua)(hua)工(gong)藝相結合(he)的(de)(de)氮的(de)(de)完全自養轉換方式是一種(zhong)最可持續的(de)(de)污水(shui)(shui)(shui)(shui)脫氮途徑。厭(yan)(yan)氧氨氧化(hua)(hua)菌就(jiu)是這(zhe)神奇途徑的(de)(de)承載者。

新聞報道中稱厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)菌(jun)叫紅(hong)(hong)菌(jun)，這是(shi)為(wei)什么(me)呢？ 厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)菌(jun)呈(cheng)球形、卵形，直徑約0.8-1.1μm，在自然界以及廢水(shui)生(sheng)物處理系(xi)統中, 厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)菌(jun)豐(feng)度(du)很低(di)，幾(ji)乎檢測不到其活(huo)性，當(dang)其在生(sheng)物膜上(shang)有低(di)活(huo)性的時候，污(wu)泥(ni)(ni)就不是(shi)通(tong)常的黑色(se)(se)了，呈(cheng)現(xian)為(wei)灰色(se)(se)，馴化(hua)(hua)(hua)一段時間(jian)后(hou)，隨著菌(jun)數(shu)增加(jia)，污(wu)泥(ni)(ni)顏色(se)(se)轉(zhuan)變為(wei)紅(hong)(hong)棕色(se)(se)，由(you)于厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)菌(jun)含有豐(feng)富的細胞(bao)色(se)(se)素, 當(dang)其成為(wei)優勢菌(jun)群時，成熟的厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)污(wu)泥(ni)(ni)呈(cheng)現(xian)美麗的深紅(hong)(hong)色(se)(se), 污(wu)泥(ni)(ni)顏色(se)(se)的變化(hua)(hua)(hua)也(ye)可用(yong)作(zuo)厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)反應(ying)器啟動進程(cheng)的指示。由(you)于這與眾不同的紅(hong)(hong)色(se)(se)，污(wu)水(shui)處理廠(chang)的工人們就俗稱其為(wei)紅(hong)(hong)菌(jun)。

紅菌(jun)的(de)發現之旅：用于(yu)(yu)污(wu)水(shui)處(chu)理(li)的(de)微(wei)生(sheng)物一直(zhi)存(cun)(cun)在于(yu)(yu)自然(ran)界(jie)，但進入污(wu)水(shui)領域大顯神通則(ze)(ze)因為(wei)人類(lei)的(de)認(ren)識有(you)早晚，則(ze)(ze)入門有(you)先后(hou)。比如(ru)20 億年前(qian)就蓬勃存(cun)(cun)在的(de)光合細菌(jun)，上世(shi)紀70 年代起就成(cheng)功(gong)用于(yu)(yu)有(you)機廢水(shui)工藝。但是一樣(yang)廣泛地存(cun)(cun)在于(yu)(yu)自然(ran)界(jie)中(zhong)的(de)厭氧(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)化菌(jun)，其發現和(he)應用就戲劇曲折多了(le)。 1977 年，科學(xue)(xue)家推測自然(ran)界(jie)中(zhong)可能存(cun)(cun)在化能自養微(wei)生(sheng)物將(jiang)NH4+ 氧(yang)(yang)化成(cheng)N2 , 但一直(zhi)沒有(you)實驗證據支持，一直(zhi)到上世(shi)紀80年代末(mo)，在荷蘭代夫(fu)爾特一個(ge)酵母廠的(de)污(wu)水(shui)脫氮流(liu)化床(chuang)反(fan)(fan)應器中(zhong)，一個(ge)奇怪的(de)現象被發現了(le)，反(fan)(fan)應器中(zhong)NH4+ 消失的(de)同時有(you)N2 生(sheng)成(cheng)，可以(yi)(yi)判斷這(zhe)里面存(cun)(cun)在之前(qian)科學(xue)(xue)家推測的(de)厭氧(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)化反(fan)(fan)應。科學(xue)(xue)家經過3年的(de)重復，于(yu)(yu)1990年確(que)證了(le)這(zhe)個(ge)代謝路徑的(de)存(cun)(cun)在，與(yu)硝化作(zuo)用相(xiang)比，厭氧(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)化以(yi)(yi)亞硝酸(suan)鹽取(qu)代氧(yang)(yang)，改變了(le)末(mo)端電子受(shou)體(ti)；與(yu)反(fan)(fan)硝化作(zuo)用相(xiang)比，以(yi)(yi)氨取(qu)代有(you)機物，改變了(le)電子供體(ti)，化學(xue)(xue)反(fan)(fan)應式是這(zhe)樣(yang)的(de)： NH4+ + NO2- →N2+ 2H2O

【盡管厭氧氨氧化菌屬于最古老的古生物菌，在自然界廣泛存在，貢獻了海洋中一半的氮氣，應用到污水處理研發時，卻因為條件苛刻、系統脆弱而推廣速度緩慢】

但這(zhe)種神奇的(de)(de)細(xi)菌不容易控(kong)制，采用(yong)傳(chuan)統的(de)(de)系(xi)列稀釋分離、平板劃線分離、顯微單細(xi)胞分離等微生物分離方法(fa)都以失敗告終，1999 年，荷(he)蘭科學家利用(yong)密(mi)度梯度離心的(de)(de)方法(fa)，第一(yi)次(ci)得(de)到(dao)了厭氧(yang)氨(an)(an)氧(yang)化(hua)菌，約200到(dao)800個細(xi)胞中只含有1個污染細(xi)胞。遺(yi)憾的(de)(de)是時至今日，全世界都還未獲得(de)厭氧(yang)氨(an)(an)氧(yang)化(hua)菌純培(pei)養菌株(zhu)。慶(qing)幸的(de)(de)是眾多科學家協同攻關，在2006 年利用(yong)環境基(ji)(ji)因組(zu)學的(de)(de)方法(fa)完成(cheng)了這(zhe)一(yi)非純培(pei)養菌株(zhu)厭氧(yang)氨(an)(an)氧(yang)化(hua)菌的(de)(de)全基(ji)(ji)因組(zu)序(xu)列測定，發(fa)現200 多個基(ji)(ji)因參與其氨(an)(an)氮的(de)(de)短程轉化(hua)代(dai)謝過程。

占(zhan)細(xi)胞總體(ti)積的(de)(de)30% 以上的(de)(de)厭(yan)氧氨(an)氧化體(ti)是厭(yan)氧氨(an)氧化菌中(zhong)最為(wei)重要的(de)(de)也是最獨特的(de)(de)細(xi)胞器，目前被假定為(wei)內共生(sheng)起源的(de)(de)細(xi)胞能(neng)量產(chan)生(sheng)體(ti)，這也是第一(yi)(yi)個從原核細(xi)胞中(zhong)發現的(de)(de)獨立產(chan)能(neng)細(xi)胞器，類似(si)于真核細(xi)胞中(zhong)線粒體(ti)的(de)(de)功(gong)能(neng)。厭(yan)氧氨(an)氧化菌在缺氧條件(jian)下，無需(xu)有(you)機物參與(yu)，可以直(zhi)接將(jiang)氨(an)氮(dan)和亞硝態氮(dan)氧化成(cheng)氮(dan)氣，較(jiao)之(zhi)(zhi)傳(chuan)統(tong)(tong)硝化反(fan)硝化反(fan)應較(jiao)繁瑣(suo)的(de)(de)電(dian)子傳(chuan)遞過程, 大(da)(da)大(da)(da)降低了能(neng)耗，是最經濟的(de)(de)生(sheng)物脫(tuo)氮(dan)途徑，脫(tuo)氮(dan)成(cheng)本僅為(wei)傳(chuan)統(tong)(tong)的(de)(de)十(shi)分之(zhi)(zhi)一(yi)(yi)，無疑成(cheng)為(wei)污水脫(tuo)氮(dan)處理的(de)(de)一(yi)(yi)個極富吸引力(li)的(de)(de)方向。

目前，在全球(qiu)也僅10余(yu)座(zuo)大型厭(yan)氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)廢水處(chu)理(li)廠。2002年(nian)，歷(li)經三年(nian)半(ban)的調(diao)試，荷蘭鹿特丹建(jian)成(cheng)的世界上(shang)第一(yi)(yi)座(zuo)生產性質(zhi)的，完(wan)全厭(yan)氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)污水處(chu)理(li)反應器才最(zui)終達到穩定(ding)運(yun)行狀態。厭(yan)氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)反應器啟動過程實質(zhi)是其內(nei)微生物(wu)活化(hua)(hua)(hua)和(he)增(zeng)(zeng)殖的過程，由(you)于厭(yan)氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)菌11天(tian)才能完(wan)成(cheng)一(yi)(yi)個倍增(zeng)(zeng)，污泥(ni)產率(lv)系數較(jiao)低，活性又易受到氧(yang)的抑制，啟動時(shi)間通(tong)常要半(ban)年(nian)。之前世界上(shang)已(yi)建(jian)立(li)大型厭(yan)氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)廢水處(chu)理(li)工(gong)程10余(yu)座(zuo)，荷蘭、德(de)國(guo)、日本、澳大利亞、瑞士(shi)、英國(guo)都有(you)，國(guo)內(nei)也有(you)幾家(jia)，歷(li)經7年(nian)化(hua)(hua)(hua)蛹成(cheng)蝶的北(bei)京高碑店厭(yan)氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)污水處(chu)理(li)廠算是國(guo)內(nei)目前比較(jiao)大規模的。

盡管厭氧(yang)氨氧(yang)化污水脫氮處理技(ji)術有(you)(you)卓越的(de)(de)優勢，但作為生物(wu)處理，必然(ran)具(ju)有(you)(you)一般生物(wu)的(de)(de)局限性(xing)，比(bi)如(ru)抗沖擊能力差，受環境影響大，對廢水的(de)(de)有(you)(you)機物(wu)含量配比(bi)要求比(bi)較(jiao)苛刻(ke)等。復合(he)工(gong)(gong)程菌(jun)的(de)(de)開發與利用以及組合(he)工(gong)(gong)藝的(de)(de)研(yan)究(jiu)將成為厭氧(yang)氨氧(yang)化污水處理工(gong)(gong)藝未來(lai)的(de)(de)發展(zhan)方向，細菌(jun)和微藻的(de)(de)協同作用也是(shi)一個熱點。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”

相關文章