生态环境学报 ›› 2023, Vol. 32 ›› Issue (1): 207-214.DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2023.01.022
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袁林江*(), 李梦博, 冷钢, 钟冰冰, 夏大朋, 王景华
收稿日期:
2022-11-17
出版日期:
2023-01-18
发布日期:
2023-04-06
通讯作者:
*袁林江(1966年生),男,教授,博士,研究方向为废水生物处理理论与技术、城市生态环境。E-mail: yuanlinjiang@xauat.edu.cn基金资助:
YUAN Linjiang*(), LI Mengbo, LENG Gang, ZHONG Bingbing, XIA Dapeng, WANG Jinghua
Received:
2022-11-17
Online:
2023-01-18
Published:
2023-04-06
摘要:
20多年前,人们就发现厌氧环境下氨态氮和硫酸盐的同步转化现象,并提出了硫酸盐型厌氧氨氧化(SRAO)脱氮说。该途径可以在厌氧条件下以废水中固有的硫酸盐为电子受体将氨态氮氧化为氮气,无需额外添加有机物,也不产生二次污染。该文通过对近年来国内外有关文献资料的研究理解,从SRAO研究历程、影响因素及氮硫可能的转化途径等方面进行了总结,理清了SRAO脱氮的发生需要适宜的基质浓度及环境条件,由于反应器内微生物菌群复杂,SRAO菌与SRB、HDB和SAD菌等共存,构成了SRAO现象是反应器内复杂的多反应协同作用的结果。首先,该过程既可以在进水有有机物的条件下启动,也可以在进水没有有机物的条件下启动;启动方式可根据进水中所加入氨态氮的电子受体分为三类:硫酸盐逐步替代亚硝态氮,同时加入亚硝态氮和硫酸盐,仅加入硫酸盐;Anammoxoglobus sulfate和Bacillus benzoevorans为已明确的SRAO功能菌。其次,反应器的类型、种泥来源、进水氮硫比、有机物等因素会对基质转化效率产生一定的影响。对于氨态氮被氧化是否是硫酸盐作用可采用排除法来确定,氨态氮的氧化产物随氮硫摩尔比的变化而变化。虽然SRAO和厌氧产甲烷都是在厌氧条件下进行的,但是在厌氧产甲烷系统中没有发现SRAO现象,主要是首次发现SRAO现象的反应器内多种菌群相互协同代谢但产甲烷菌不占主导地位。目前关于SRAO研究还主要处于实验室规模,之后的研究可从以下几方面展开:(1)缩短启动时间,提高基质的去除效率;(2)探究氨态氮与硫酸盐的转化途径及关键影响因素特征;(3)相关功能菌的鉴别。本文旨在为今后的理论研究提供综合信息并促进其在实际废水处理中的应用。
中图分类号:
袁林江, 李梦博, 冷钢, 钟冰冰, 夏大朋, 王景华. 厌氧环境下硫酸盐还原与氨氧化的协同作用[J]. 生态环境学报, 2023, 32(1): 207-214.
YUAN Linjiang, LI Mengbo, LENG Gang, ZHONG Bingbing, XIA Dapeng, WANG Jinghua. Synergistic Effect of Sulfate Reduction and Ammonia Oxidation in Anaerobic Environment[J]. Ecology and Environment, 2023, 32(1): 207-214.
序号 | 文献 | 反应器 | 种泥 | NH4+-N去除率/% | SO42-去除率/% | 结论简述 |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | Zhao et al., | 厌氧附着 生长反应器 | SRB | 43.35 | 58.74 | 在pH=7.8时高基质浓度、低COD浓度可以促进同步脱氮除硫;SRB和SRAO菌存在竞争关系 |
2 | Sabumon, | 上流式混合反应器 | 絮凝型延长曝气工艺污泥+SRB | 65.90-89.40 | 51.90-70.70 | 在缺氧条件下同时去除氨氮、硫酸盐、COD;COD浓度较高时需要抑制S2-浓度来提高基质的去除率 |
3 | Liu et al., | 无纺布旋转生物 接触式反应器 | ANAMMOX菌 | — | — | AnAOB具有同步脱氮除硫的生物潜能;发现了属于浮霉菌门的 “Anammoxoglobus sulfate” 菌株具有以硫酸盐为电子受体还原氨态氮的潜力 |
4 | Rikmann et al., | MBBR UASB | ANAMMOX菌+厌氧污泥 | — | — | SRAO是一个有关C、N、S之间的复杂反应;碳酸氢盐超过1000 mg·L-1时抑制SRAO;肼对UASB中SRAO有促进作用 |
5 | 马文娟等, | UASB | ANAMMOX菌 | — | — | 通过提高进水pH来快速启动SRAO;当pH>8.5时抑制AnAOB的活性 |
6 | 蒋永荣等, | UASB | ANAMMOX菌 | — | — | 粉煤灰对SRAO有促进作用,但需要时间驯化 |
7 | Zhang et al., | 循环流厌氧反应器 | 厌氧颗粒污泥+反硝化污泥 | 92.00 | 59.20 | 提高进水氮硫比会促进氨氮的去除;氨氮去除是硝化、反硝化、厌氧氨氧化、SRAO共同作用的结果 |
8 | Wu et al., | UASB-A/ O-ANAOR-ASBR | 垃圾渗滤液 | 98.00 | 53.00 | AnAOB结合SRAO菌进行同步脱氮除硫;DO对AnAOB和SRAO菌均有抑制作用 |
表1 SRAO的工艺研究
Table 1 Studies on process of SRAO
序号 | 文献 | 反应器 | 种泥 | NH4+-N去除率/% | SO42-去除率/% | 结论简述 |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | Zhao et al., | 厌氧附着 生长反应器 | SRB | 43.35 | 58.74 | 在pH=7.8时高基质浓度、低COD浓度可以促进同步脱氮除硫;SRB和SRAO菌存在竞争关系 |
2 | Sabumon, | 上流式混合反应器 | 絮凝型延长曝气工艺污泥+SRB | 65.90-89.40 | 51.90-70.70 | 在缺氧条件下同时去除氨氮、硫酸盐、COD;COD浓度较高时需要抑制S2-浓度来提高基质的去除率 |
3 | Liu et al., | 无纺布旋转生物 接触式反应器 | ANAMMOX菌 | — | — | AnAOB具有同步脱氮除硫的生物潜能;发现了属于浮霉菌门的 “Anammoxoglobus sulfate” 菌株具有以硫酸盐为电子受体还原氨态氮的潜力 |
4 | Rikmann et al., | MBBR UASB | ANAMMOX菌+厌氧污泥 | — | — | SRAO是一个有关C、N、S之间的复杂反应;碳酸氢盐超过1000 mg·L-1时抑制SRAO;肼对UASB中SRAO有促进作用 |
5 | 马文娟等, | UASB | ANAMMOX菌 | — | — | 通过提高进水pH来快速启动SRAO;当pH>8.5时抑制AnAOB的活性 |
6 | 蒋永荣等, | UASB | ANAMMOX菌 | — | — | 粉煤灰对SRAO有促进作用,但需要时间驯化 |
7 | Zhang et al., | 循环流厌氧反应器 | 厌氧颗粒污泥+反硝化污泥 | 92.00 | 59.20 | 提高进水氮硫比会促进氨氮的去除;氨氮去除是硝化、反硝化、厌氧氨氧化、SRAO共同作用的结果 |
8 | Wu et al., | UASB-A/ O-ANAOR-ASBR | 垃圾渗滤液 | 98.00 | 53.00 | AnAOB结合SRAO菌进行同步脱氮除硫;DO对AnAOB和SRAO菌均有抑制作用 |
序号 | NH4+-N的电子受体 | 特点 | 文献 |
---|---|---|---|
1 | 硫酸盐逐步替代亚硝态氮 | 反应器内的功能菌群从厌氧氨氧化菌逐步向SRAO菌转变,不会使得AnAOB不适合环境而大量衰亡,但是启动时间较长 | 刘正川( |
2 | 亚硝态氮、硫酸盐 | 同时建立ANAMMOX、SRAO过程来提高氨态氮的去除 | 发现硫酸盐有助于提高厌氧氨氧化的效率 |
3 | 硫酸盐 | 可以直接筛选出能够进行SRAO过程的微生物,淘汰其他微生物 | 张丹丹( |
表2 SRAO的启动方式
Table 2 Start-up methods of SRAO
序号 | NH4+-N的电子受体 | 特点 | 文献 |
---|---|---|---|
1 | 硫酸盐逐步替代亚硝态氮 | 反应器内的功能菌群从厌氧氨氧化菌逐步向SRAO菌转变,不会使得AnAOB不适合环境而大量衰亡,但是启动时间较长 | 刘正川( |
2 | 亚硝态氮、硫酸盐 | 同时建立ANAMMOX、SRAO过程来提高氨态氮的去除 | 发现硫酸盐有助于提高厌氧氨氧化的效率 |
3 | 硫酸盐 | 可以直接筛选出能够进行SRAO过程的微生物,淘汰其他微生物 | 张丹丹( |
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