厌氧氨氧化.docx

厌氧氨氧化.docx

《厌氧氨氧化.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《厌氧氨氧化.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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+ -241

2     亚硝酸盐       NH4++NO2-→N2+2H2O       -335

3      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。

而且伴随着氨与硝酸盐（亚硝酸盐）的消失，产气率大幅度提高，气体中的最主要的成分为N2。

对生物脱氮流化床反应器所做的氮素和氧化还原平衡发现，氨与硝酸盐之间的反应基本上按照反应3所预期方式进行。

理论值与实测值非常接近。

为了对这一反应结果进行确认，Mulder等人进一步做了分批培养实验。

实验证明，氨确实与硝酸盐同步转化；硝酸盐耗尽时，氨转化也停止；添加硝酸盐后，氨转化继续进行。

伴随氨和硝酸盐的转化，累计产气量增加；转化停止时，累计产气量不变。

气体的主要成分是N2。

至此，Mulder等人认为，生物脱氮流化床反应器中的氨和硝酸盐转化是按Broda所预言的方式进行的，并将其称为厌氧氨氧化。

厌氧氨氧化的反应机理

Graff等采用15N的示踪实验研究表明，Anammox是通过生物氧化的途径实现的，过程中最可能的电子受体是羟胺（NH2OH），并推测出其代谢途径：

厌氧氨氧化菌首先将NO2-转化成NH2OH，再以NH2OH为电子受体将NH4+氧化生成N2H4；N2H4转化成N2，并为NO2-还原成NH2OH提供电子；实验中有少量NO2-被氧化成NO3-。

厌氧氨氧化涉及的化学反应为：

NH2OH+NH3→N2H4+H2O

N2H4→N2+4[H]

HNO2+4[H]→NH2OH+H2O

厌氧氨氧化工艺的技术要点

Anammox工艺的关键是获得足量的厌氧氨氧化菌，并将其有效地保持在装置内，使反应器达到设计的厌氧氨氧化效能。

在实施上，不仅要优化营养条件和环境条件，促进厌氧氨氧化菌的生长，同时要设法改善菌体的沉降性能并改进反应器的结构，促使功能菌有效持留。

此工艺的技术要点主要包括以下几个方面：

温度控制

温度是影响细菌生长和代谢的重要环境条件。

随着温度的升高，细胞内的生化反应加快，细菌生长加速；超过上限温度后，对温度敏感的细胞组分（如蛋白质和核酸）变性加剧，细菌生长停止，甚至死亡。

如果其他条件不变，细菌有一个最适生长温度。

郑平的研究表明，当温度从15℃上升到30℃时，厌氧氨氧化速率随之增大，但上升到35℃时反应速率下降，最适温度在30℃左右。

Jetten等认为，厌氧氨氧化的温度范围为20--43℃，最适温度为40℃。

pH控制

在厌氧氨氧化过程中，pH是一个非常重要的环境条件。

它对厌氧氨氧化的影响主要来自它对细菌和基质的影响。

郑平通过研究发现，当pH从6.0升至7.5时，厌氧氨氧化速率提高；但当pH继续由8.0升至9.5时，厌氧氨氧化速率下降；由此判定，最适pH在7.5到8.0附近。

据Strous等人报道，厌氧氨氧化的适宜pH范围为6.7—8.3，最大反应速率出现在pH8.0左右。

溶解氧浓度控制

Strous等人采用序批式反应器试验了氧对厌氧氨氧化的影响。

该反应器以厌氧和好氧交替进行，在充氧期间，没有厌氧氨氧化反应；只有在停止供氧后，才发生厌氧氨氧化反应。

试验证明，氧能够抑制厌氧氨氧化活性，但除氧后厌氧氨氧化活性能够恢复。

Strous等人进一步考察了氧对厌氧氨氧化的活性抑制浓度。

他们发现，在氧浓度为0.5—2.0%空气饱和度的条件下，厌氧氨氧化活性被完全抑制；氧对厌氧氨氧化活性的抑制浓度低于0.5%空气饱和度

基质浓度控制

基质氨和产物硝酸盐对厌氧氨氧化的活性影响较小，只要氨浓度和硝酸盐浓度低于1000mg/l，就不会对厌氧氨氧化活性产生抑制作用。

但是，基质亚硝酸盐对厌氧氨氧化活性影响较大，一旦亚硝酸盐浓度超过100mg/l，就会对厌氧氨氧化活性产生明显的抑制作用。

在基质浓度控制中，应重点控制亚硝酸盐浓度，使之低于5mmol/l.

负荷控制

在反应器容积负荷设定以后，其工作性能有赖于污泥负荷作保障。

如果污泥负荷很高，接近或超过最大污泥活性，多余基质将不被转化，如果该基质是氨，则会影响出水水质，如果该基质是亚硝酸盐，甚至会导致反应器失控。

防止污泥超负荷的措施是提高污泥浓度。

Anammox工艺常见的污泥氨负荷为0.02—0.3kg/（kg•d）.

泥龄控制

由于厌氧氨氧化菌生长缓慢，细胞产率低，维持长泥龄对Anammox工艺具有至关重要的作用。

厌氧氨氧化菌的倍增时间长达11d，因此Anammox工艺的泥龄越长越好

厌氧氨氧化工艺的先进性

与传统的硝化反硝化技术相比，厌氧氨氧化工艺具有很多优点：

（1）由于氨可以直接用作反硝化反应的电子供体，因此，不需要外加有机物做电子供体，既可节省费用，又可防止二次污染。

（2）硝化反应每氧化1molNH4+耗氧2mol,而在厌氧氨氧化反应中，每氧化1molNH4+只需要0.75mol氧气，耗氧减少62.5%，从而使供氧耗能大幅度下降。

（3）传统的硝化反应氧化1molNH4+可产生2molH+，反硝化反应还原1molNO3-或NO2-将产生1molOH-，而厌氧氨氧化反应产酸量大幅度下降，产碱量降至为零，可以节省数量客观的中和试剂，同时防止可能出现的二次污染。

厌氧氨氧化工艺存在的主要问题有：

（1）在Anammox反应器中，生物产率极低，几乎观察不到厌氧氨氧化菌的生长繁殖，系统必须有相应的生物补给，否则反应器处理能力将下降甚至丧失功能。

（2）系统中的生物产率很低，致使水力停留时间比较长，所需的反应器容积很大，废水处理工程的一次投资比较大。

（3）系统反应所需要的温度较高，实际中必须考虑环境条件和所需的能耗

（4）厌氧氨氧化菌对光和氧十分敏感，整个反应要在黑暗中进行，且不得有空气进入。

有空气进入时，出水NO2--N浓度急剧升高，甚至会超过进水NO2--N浓度。

因此，厌氧氨氧化工艺需要有很高的技术要求，设备和人员素质都必须满足其要求，难度较大

（5）高浓度的氨氮和硝态氮的存在对厌氧氨氧化反应也有抑制作用，因此，该工艺不适用于高浓度含氮废水。

改进的途径及建议

（1）在厌氧氨氧化的深入研究中，建立相应的自动化监控系统。

对Anammox反应器中的溶解氧和生物相进行适时监控，防止不利因素的产生，保证系统在最佳状态下运行。

（2）实际应用中，因地制宜，扬长避短，充分利用现场条件及厌氧氨氧化工艺的优越性。

如在将渗滤液回灌的垃圾填埋场，厌氧填埋单元就是一个可以利用的大容积厌氧生物反应器，可将其作为Anammox反应器，对垃圾渗滤液中的氨氮进行处理。

（3）对厌氧氨氧化的微生物相进行深入研究，确定该类微生物生长代谢的最佳条件及其生长缓慢的原因，为Anammox菌的培养提供理论依据。

（4）对厌氧氨氧化反应机理进行深入研究，探讨如何克服高浓度氨氮和硝态氮对反应的抑制作用，拓宽本工艺的适用范围

厌氧氨氧化工艺技术----------SHARON-ANAMMOX工艺

SHARON工艺就是短程硝化反硝化，在高温和极短的污泥龄条件下，将氨的氧化过程控制在亚硝化阶段，在缺氧条件下进行反硝化。

SHARON-ANAMMOX联合工艺是由SHARON和ANAMMOX组成的新型生物脱氮工艺，即在有氧条件下将SHARON反应控制在氨氧化反应的亚硝化阶段，其出水作为ANAMMOX反应器的进水。

此联合工艺是迄今为止最简洁的生物脱氮工艺，具有不需要外加碳源及碱度、氧耗小、污泥产量少等优点，对中等及较低浓度的氨氮废水脱氮处理具有极大的实际应用价值

厌氧氨氧化的发现使人类对微生物氮循环有了更深入的了解，丰富了微生物学知识。

厌氧氨氧化的作用机理已获得了初步认识，但迄今为止仍未分离出纯种的厌氧氨氧化菌，这对微生物学研究方法提出了更高的要求。

为早期将其应用于日益严重的氮素污染问题，应加强以下研究：

1.改进微生物学研究方法，深入研究厌氧氨氧化菌酶学；2.通过研究厌氧氨氧化菌生长的微生态环境，探讨提高其增殖速度的途径；3.设计合理的反应器，改善厌氧氨氧化污泥持留率。

BUYO废水生物脱氮新技术

———厌氧氨氧化工艺的研究

1厌氧氨氧化的发现及特点

1.1厌氧氨氧化的发现

厌氧氨氧化（ANAMMOX）是指在厌氧条件下，以亚硝酸盐为电子受体，把氨氮直接氧化成氮气的生物脱氮过程[1]。

利用特殊微生物的能力来降解环境中的污染物，可以推进水处理技术的发展。

最早的科学预示是在1932年美国Mendota湖沉积物进行发酵试验时，发现通过不明途径产生氮气。

日本学者也报道，Kizakiko湖沉积物可直接把氨转化成氮气[2]。

1977年，奥地利理论化学家Broda就预言自然界存在反硝化氨氧化的反应[3]。

1994年，荷兰Delft大学的Mulder和Vandegraaf等用流化床反应器研究生物反硝化时发现了在反硝化过程中氨氮和硝酸盐成比例的去除并且伴随着氮气生成的现象，他们命名此现象为厌氧氨氧化[4]，从而证实了Broda的预言，1995年vandeGraaf等用实验进一步证明厌氧氨氧化是一个厌氧生物反应而非化学反应[5]。

1.2厌氧氨氧化的特点

厌氧氨氧化工艺的主要特点是以无机物氨代替传统反硝化过程中的有机物为电子供体的新工艺，从而解决了高氨低碳废水中因有机物不足导致的反硝化脱氮效率低的问题；或者看成是以亚硝酸盐代替分子氧作电子受体的硝化过程，比较

（1）

（2）两式可以看出，厌氧氨氧化工艺的耗氧量比传统的硝化工艺的耗氧量大幅度降低，从而降低了能耗。

将厌氧氨氧化反应与硝化反应结合，可望产生新的生物脱氮技术，并具有一些优点：

①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），既节约了运行费用，也防止了二次污染；②由于氧得到了有效利用，供氧能耗下降；③由于部分氨没有经过硝化作用而直接参与了厌氧氨氧化反应，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，又降低了运行费用和防止了二次污染。

2厌氧氨氧化的反应机理

2.1厌氧氨氧化的生化反应方程式

NH+4+2O2→NO-3+H2O+2H+△G0'=-349kJ（传统硝化反应）

（1）

NH+4+NO-2→N2+2H2O△G0'=-358kJ（厌氧氨氧化反应）

（2）

方程

（1）是好氧条件下传统硝化反应方程式，

（2）是厌氧条件下Mulder等人推测的厌氧氨氧化的反应方程式。

根据化学热力学理论，△G＜0说明反应产能，可以自发进行，△G越小说明反应越容易发生；因此比较

（1）

（2）两式可以清楚地发现，厌氧氨氧化反应是一个产生能量的过程，理论上比传统的好氧硝化反应更容易发生。

2.2厌氧氨氧化的生物代谢途径

厌氧氨氧化有多种可能的代谢途径，典型的有以下三种：

①氨被氧化成羟氨，羟氨和亚硝酸盐生成N2O，N2O进一步转化为氮气[6]。

②氨和羟氨反应生成联氨，联氨被转化成氮气并生成4个还原态[H]，还原态[H]被传递到亚硝酸还原系统形成羟氨[7]。

③NH+4被氧化为羟氨，羟氨经N2H4、N2H2被转化成氮气[8]。

vandeGraaf等人利用流化床反应器分别添加硝酸盐、亚硝酸盐、NH2OH、NO和N2O作氧化剂进行了一系列同位素标记试验[9]，发现在厌氧氨氧化过程中产生的一分子N2中，一个氮原子来自NO-2，另一个氮原子来自NH+4，羟胺和联胺是反应的中间产物，羟胺是最可能的电子受体，而羟胺本身是由亚硝酸盐产生。

他们推测可能的代谢途径如图1[10]，即电子受体亚硝酸盐在亚硝酸盐还原酶的催化作用下产生羟胺，按着羟胺把氨氧化成联氨，然后在羟胺氧还酶的作用下，联胺被转化成氮气，副产物硝酸盐是在ANAMMOX菌同化合成细胞过程中产生的。

图1厌氧氨氧化菌的代谢途径

3厌氧氨氧化的微生物特性

厌氧氨氧化菌是ANAMMOX工艺的基石，其生长能力和代谢能力是ANAMMOX工艺的灵魂。

厌氧氨氧化菌属于分支很深的浮霉状菌（Planctomycetes），是自养型细菌，具有世代周期长、外形不规则等特点[11，12]。

到目前为止已鉴定了三种厌氧氨氧化菌：

Brocadia属包括B.ANAMMOXidans和B.Fulgida；Kuenenia[13]属包括K.stuttgartiensis；Scalindua属包括S.wagneri，sibrodae和S.sorokini。

但均未得到纯菌株，其中前两种是在污水处理系统中分离鉴定的，后一种是在海洋系统中发现的[14]。

B.anammoxidans细胞大致呈球状，细胞壁表面有火山口状结构[15]，细胞可分为内室和外室，内室中间有一个厌氧氨氧化体细胞器（Anammoxo-some），厌氧氨氧化体内含有羟胺氧还酶（Hydroxylamineoxidoreductase.简称HAO），是厌氧氨氧化主要关键的酶之一[16]，内室中还含有拟核和核糖体等成分，外室包围着内室，外室与内室之间由细胞内膜隔开，在外室的外围有细胞膜和细胞壁[17]。

随着这类特殊细菌的发现，许多新的污水脱氮工艺孕育而生。

4厌氧氨氧化工艺的特征

4.1厌氧氨氧化工艺

目前开发的主要有两种厌氧氨氧化工艺，即单相的基于亚硝酸盐的全程自养型生物脱氮（ComlpetelyAutotrophicNitrogenremovalOverNitrite，简称CANNON）工艺和两相短程硝化-厌氧氨氧化（SHARON-ANAMMOX）工艺。

单相CANNON工艺是在一个反应器中通过控制溶解氧的浓度利用亚硝酸细菌把部分氨氧化成亚硝酸盐，接着在无氧的条件下利用厌氧氨氧化细菌把氨和亚硝酸盐转化成氮气，即在一个反应器中通过利用亚硝酸细菌和厌氧氨氧化细菌的协同作用，同时进行短程硝化和厌氧氨氧化从而达到除氮的目的。

此工艺的关键是控制溶解氧的浓度，由于液相溶解氧浓度与生物膜溶解氧浓度受到的影响因素较多，要想实现完全脱氮，需要在低氮负荷和低溶解氧浓度下进行。

两相的SHARON-ANAMMOX工艺是在两个反应器中分别实现短程硝化和厌氧氨氧化。

在SHARON反应器中只需将50%的氨转化成亚硝酸盐，这个过程可以通过控制pH值来得到一个理想的亚硝化率；接着再进入ANAMMOX反应器中实现完全脱氮的，因此它完全适合处理高浓度氨氮废水。

上述两种工艺中最难实现的是ANAMMOX过程。

故多数学者集中对直接添加亚硝酸盐来进行ANAMMOX工艺的研究，结果表明基质、温度、pH值等对其影响较大。

4.2厌氧氨氧化的影响因素

4.2.1基质的影响

vandeGraaf等在连续培养实验中证明，添加有机电子供体（葡萄糖，乙酸盐等）可降低厌氧氨氧化菌的活性；基质亚硝酸盐浓度过高也对其产生抑制，但是亚硝酸盐的抑制浓度报道不一，vandeGraaf认为亚硝酸盐浓度超过20mmol/L将产生抑制作用，当超过50mmol/L，若维持时间较长（12h），厌氧氨氧化菌将失去活性[18]，还有报道说亚硝酸盐浓度超过100mg/L时，厌氧氨氧化被完全抑制，不过这种抑制可以通过添加少量中间产物（联氨，羟胺等）来解除[19]；磷酸盐也可影响厌氧氨氧化菌的活性，Thamdrup认为超过2mmol/L将造成活性失去[20]，vandeGraaf等实验证明，厌氧氨氧化菌富集培养物只能耐受1mmol/L磷酸盐，当浓度达5mmol/L时，活性可完全丧失[18]。

4.2.2温度和pH值的影响

Jetten等人为厌氧氨氧化工艺的温度范围为20℃~43℃，最佳为40℃；pH范围为6.7~8.3，最佳为8.0[6]。

Thamdrup认为有活性的温度范围为6~43℃[20]。

Straous等试验研究了SBR反应器中厌氧氨氧化的生理学参数，其适宜的温度和pH值范围与Jetten等的研究一致[21]。

Egli等发现在生物转盘中厌氧氨氧化菌存在活性的温度和pH范围是11℃~45℃和6.5~9，最佳条件是温度为37℃，pH为8[22]。

4.2.3其他因素的影响

厌氧氨氧化菌对光敏感，光线可降低其活性（30%~50%）；厌氧氨氧化菌受氧抑制[6]。

5厌氧氨氧化工艺的应用

ANAMMOX菌对基质的特殊要求，决定了它的主要废水处理对象是高氨低碳废水，如垃圾渗滤液，污泥硝化液等高浓度含氮废水。

四川大学的郭勇等利用生物流化床反应器处理垃圾渗滤液成功启动了厌氧氨氧化反应，并在氨氮浓度高达350mg/L时，获得了39.2%的去除率[23]。

Straous等分别用固定床和流化床反应器来处理来自污水处理厂的消化液，得到了理想的去除效果。

经过150d的驯化培养，固定床氨氮的平均去除率高达88%；流化反应器氨氮和亚硝氮的去除率分别高达82%和99%，对氨氮的去除能力达到了0.7kgNH+4-Nremoval/（m3·d）和1.5kgTKN/（m3·d）。

Fux等人利用SHARON-ANAMMOX工艺对来自两个污水处理厂的硝化液出水进行中等规模（3.6m3）调试处理，经过半年硝化液中氮元素的去除率达到了90%之多[24]。

在荷兰，一个1898m3的SHARON-ANAMMOX系统已经付诸应用[16]。

6、国内外研究概述与展望

6.1国外研究概况

荷兰Delft大学的学者对ANAMMOX作了较多的研究。

1996年StraousM等人用生物固定床和流化床反应器研究了厌氧氨氧化污泥特性，并分别得到了氨氮82%和99%的较高去除率，氨氮和总氮最大去除能力分别达到0.7kg.m-3d-1和1.5kg.m-3.d-1[1]。

1998年StraousM等人利用SBR反应器对细菌特性进行研究结果表明，SBR是对厌氧氨氧化菌研究较理想的反应器，并且获得了富集此菌种的浓度高达74%。

同年Jetten等人对厌氧氨氧化的进一步研究表明：

在缺氧条件下，厌氧氨氧化菌可以利用氨氮或羟氨作电子供体将亚硝酸盐或二氧化氮还原，NH2OH和NH2HN2等为重要的中间产物，并提出可能的两种酶系反应途径。

最近T.Dalagaard等人研究发现，ANAMMOX菌比人们想象中更普遍的存在于自然水体中，在海洋沉积物、海冰及一些缺氧水柱中都发现了此菌，他们在自然水体中的固氮作用中扮演重要角色。

6.2国内研究概况

近年来ANAMMOX也成为国内研究的热点之一。

许多学者已经利用普通污泥成功启动了厌氧氨氧化反应，并获得了较好的去除效果。

浙江大学的郑平等利用气升式反应器，通过挂膜系统经过220d的研究成功启动了反应；清华大学的左剑恶等人UASB反应器，分别接种普通厌氧和好养污泥各自经过320d和264d培养，成功启动了反应；北京环境科学研究院的杜兵等利用推流式絮体生物反应器经4个月成功启动了试验；华南理工大学的周少奇等接种处理垃圾填埋场渗滤液SBR工艺中的活性污泥，经过56d的驯化，成功启动了实验，使启动反应的时间大大缩短；郑平等对厌氧氨氧化反应器的快速启动方法做了研究，表明接种颗粒污泥有利于厌氧氨氧化颗粒污泥的形成，可以缩短启动时间。

我国的学者还在其它方面做了一些研究，浙江大学的郑平、冯孝善等人对厌氧氨氧化菌的基质特性、电子受体及流化床反应器的性能等作了较深层次的研究；北京工业大学的张树德等人对电子受体亚硝酸盐对厌氧氨氧化的影响做了研究；华南理工大学的周少奇等对厌氧氨氧化的微生物反应机理作了深入的研究。

6.3展望

国内学者通过接种合适的污泥加速厌氧氨氧化的启动方面的研究已经取得了很大进展，但是此工艺在实际工程中的应用实例还是很少，主要因为此菌种活性最高的时候要求温度较高（37℃~43℃），由于生物产率极低，因此需要较大的反应器来延长水力停留时间，再加上在有效富集厌氧氨氧化菌以便更稳定的运行此工艺方面还存在一定的问题，希望学者们在这些方面能做进一步深入的研究。

结语

厌氧氨氧化工艺，尤其是与短程硝化工艺结合解决了传统的脱氮工艺中许多问题，该工艺在不需添加有机质和酸碱中和剂，而且在减少氧气消耗的情况下实现了废水的生物脱氮，前景喜人。

但是此生物反应过程中的一些机理还不清楚，一些操作运行条件还需进一步优化，而且实际废水的基质成分复杂，在较为复杂的基质中厌氧氨氧化菌能否很好的发挥作用对我们来说还是一个问号，因此对此工艺还需要进一步深入的研究，以便更好的应用于废水的生物脱氮处理中。

厌氧氨氧化研究进展及应用

目前，随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，含氮化合物的排放量急剧增加，引起了严重的水体环境污染和水质量富营养化问题，许多湖泊水体已不能发挥其正常功能而影响了工农业和渔业生产[1,2]，如近期的太湖、巢湖由于氮污染而大面机爆发蓝藻导致湖泊水质严重下降。

传统的脱氮广泛采用硝化和反硝化技术来处理，但用它来处理高氨氮、低C/N比的废水时，耗能大（硝化曝气）且需要外加有机碳源和投加碱中和硝化过程产生的酸，使投资和运行费用大大增加[3]。

因此,研究人员长期以来一直在积极探索和开发新型的生物脱氮工艺,以便能快速、高效去除废水中的氨氮。

其中厌氧氨氧化由于是自养的微生物过程、不需要外加碳源以及反硝化、污泥产率低等特点正成为国内外学者研究的热点问题[4]。

1厌氧氨氧化反应机理

1977年，Broda[5]根据热力学反应自由能计算，推测自然界中可能存在两种自养微生物将NH4+氧化成N2。

1994年，Mulder等[6]发现荷兰Delft大学一个污水脱氮流化床反应器存在NH4+消失，且随NH4+和NO3-的消耗，有N2生成。

随后的实验通过氮平衡和氧化还原平衡证实发生了以NH4+作电子供体、NO3-为电子受体的氧化还原反应

3NO3-+5NH4+——N2+9H2O+2H+ΔG0=—297kJ·mol–1

从而证实了Broda的推测。

1997年,vandeGraaf等[7]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，ANAMMOX反应式应为

NO2-+NH4+——N2+2H2O