厌氧氨氧化专题

厌氧氨氧化生物脱氮技术AnaerobicAmmoniaOxidation(ANAMMOX)TechnologyforBiologicalNitrogenRemovalMicrobiologyContentsWhatisANAMMOXApplications1234MechanismProspects5MicrobiologyContentsWhatisANAMMOXApplications1234MechanismProspects5WhatisANAMMOXΔGO'=-358kJ(molNH4+)-1以亚硝酸盐作为氧化剂将氨氧化成氮气，或以氨作为电子供体将亚硝酸盐还原为氮气的生物反应，称为厌氧氨氧化(Anaerobicammoniumoxidation,ANAMMOX)。能够进行厌氧氨氧化的微生物，称为厌氧氨氧化菌。厌氧氨氧化的发现加深了人们对氮素循环的认识，也为人们研究和开发新型生物脱氮工艺提供了理论依据。WhatisANAMMOXIn1977,Brodapublishedatheoreticalpaperentitled”Towlindsoflithotrophsmissinginnature”describingthepotentialexistenceofchemolithotrophicbacteriaabletooxidizeammoniatodinitrogenwithnitrate,carbondioxideoroxygenasoxidant.1995年，Mulder在FEMSMicrobiolEcol上发表了第一篇有关ANAMMOX的文章。在运行三级生物脱氮流化床反应器时发现了未知氮的消失，经过反复验证，氨氮与亚硝酸盐的消失同时发生，且成一定比例，故他们认为在反应器中氨氮与亚硝酸盐发生了反应，

产物为氮气,Mulder等人将此命名为厌氧氨氧化(AnaerobicAmmoniumOxidation)，

即ANAMMOX。Mulder,FEMSMicrobiolEcol,1995DiscoveryWhatisANAMMOXAdvantages很高的总氮去除率；二氧化碳产生量比传统硝化/反硝化工艺减少90%；

减少50%的空间需求；动力消耗比传统硝化/反硝化工艺减少60%；

不消耗甲醇；剩余污泥产量极少；WhatisANAMMOXANAMMOX,onestepnitrogenremovalWhatisANAMMOX

Significance全球海洋氮循环示意图PhyllisLametal,PNAS,2009传统的观点认为，大气中的氮气主要来源于微生物的硝化(Nitrification)和反硝化作用(Denitrification)，厌氧氨氧化菌的发现，改变人们对全球氮物质循环的传统认识。随着厌氧氨氧化菌被人们在世界不同海洋海底沉积物中发现，海洋学家认识到反硝化细菌并不是海洋N2产生的唯一微生物。研究表明，海洋细菌的厌氧氨氧化过程占全球海洋N2产生量的1/3-1/2。WhatisANAMMOX2002年，丹麦学者Thamdrup和Dalsgaard应用N标记的硝酸盐和氨对海底沉积物进行的培养实验发现，厌氧氨氧化作用产生N2导致的海洋氮损失占全部氮损失的24%-67%。Thamdrup,B.&T.Dalsgaard,AEM,20022003年，两个独立的研究小组同时在Nature杂志上报道了厌氧氨氧化是海洋氮损失的主要原因:德国生物化学家Kuypers带领他的同事在世界上最大的厌氧盆地黑海海面下85-100米的无氧环境中寻找到ANAMMOX菌；Kuypers,etal.,Nature,2003Dalsgaard领导的另一个团队利用N稳定性同位素示踪的方法发现在哥斯达黎加的GolfoDulce海湾厌氧水层中有19%-35%N2的生成与厌氧氨氧化过程有关；Dalsgaard,etal.,Nature,2003随后，研究人员陆续在北极圈极地海冰,Baltimore内港,Chesapeake海湾、安哥拉的Benguela海区上升流系统、加利福尼亚的温泉等等不同经度和纬度地区的水域中发现ANAMMOX菌的踪影；Baltimore内港北极圈极地海冰Chesapeake海湾Benguela加利福尼亚HelenPilcher,NATURE,2005Pumpaction:MarcelKuypers(right)wasthefirsttofindANAMMOXbacteriainthesea.AsacceptanceofANAMMOXbacteriagrows,sotoodoestheirgripontheplanet.Themicrobesareturningupeverywhere—infreshandsaltwater,openoceansandmarinesediments,andinwastewatertreatmentplantsallovertheworld.“Onedayyoudiscoverabug,”saysKuenen,“thentenyearslatertheyturnouttobeeverywhereandimportantonaglobalscale.Theymayevenbehidinginthesewersystemunderyourkitchensink.”Emeritusandpart-timeprofessorofGeneralandAppliedMicrobiology,DepartmentofBiotechnology,FacultyofAppliedSciences,DelftUniversityofTechnology,TheNetherlandsMicrobiologyContentsWhatisANAMMOXApplications1234MechanismProspects5Mechanism两套比较完整的厌氧氨氧化生化机理模型厌氧氨氧化生化机理图（1）EdwardF.DeLong,Nature,2002

亚硝酸盐被亚硝酸盐还原酶还原为羟胺(NH2OH)，联氨水解酶催化羟胺和氨缩合成联氨(N2H2)，最后，联氨在联氨氧化酶HZO（或羟胺氧化还原酶HAO）的催化下转化为氮气，同时释放的电子通过传递链交给亚硝酸盐还原酶。经典模型电子受体Electronmicrographshowingtheimmunogoldlocalizationofhydrazine/hydroxylamineoxidoreductase(blackdots)totheANAMMOXosomecompartmentintheANAMMOXbacterium“CandidatusKueneniastuttgartiensis”.Scalebar,500nm

MikeS.M.Jetten,BiochemiandMoleBiolo,2009厌氧氨氧化生化机理图（2）Kuenen,J.G.,NATREVMICROBIOL,2008亚硝酸盐被亚硝酸盐还原酶（NIR）还原，得电子转化为中间体NO，NO进而与氨共同在联氨水解酶（HH）的作用下转化为联氨，最后联氨经联氨氧化酶（HAO）催化，转化为氮气，同时释放4个电子。释放的电子被辅酶Q和细胞色素C还原酶综合体转化为质子动力势PMF，产生的质子H+被ATP合成酶（ATPpase）转化为能量ATP，供微生物使用。MicrobiologyContentsWhatisANAMMOXApplications1234MechanismProspects5ANAMMOX菌的种类与分布ANAMMOX菌的细胞结构ANAMMOX菌的生理特性MicrobiologyANAMMOX菌的种类与分布ANAMMOX菌的细胞结构ANAMMOX菌的生理特性MicrobiologyMicrobiology

ANAMMOX菌的种类与分布ANAMMOX菌由于至今无法通过经典的微生物生态学手段纯培养，目前所有ANAMMOX菌种均被定义为“暂定种”。其中有4个属是主要存在于污水处理厂构筑物中或实验室活性污泥反应器中：“CandidatusKuenenia”、“CandidatusBrocadia”、“Candidatusanammoxoglobus”和“CandidatusJettenia”。第5个ANAMMOX属“CandidatusScalindua”主要存在于自然环境中，特别是海洋底泥中和低氧区。迄今为止共有5个属的ANAMMOX菌被发现，它们的16SrRNA序列相似度在87%-99%之间。1999,“CandidatusBrocadiaanammoxidans”荷兰Gist-Brocades污水处理厂2000,“CandidatusKueneniastuttgartiensi”德国斯图加特的污水处理场2002,“CandidatusBrocadiafulgida”荷兰鹿特丹污水处理厂2003,“CandidatusScalinduabrodae”英国Pitsea垃圾填埋场的污水处理厂2003,“CandidatusScalinduawagneri”英国Pitsea垃圾填埋场的污水处理厂2003,“CandidatusScalinduasorokinii”黑海的次氧化层区域2007,“CandidatusJetteniaasiatica”荷兰实验室生物膜反应器2007,“Candidatusanammoxoglobuspropionicus”实验室SBR反应器菌种首次发现地点：在许多不同地域(ThamesEstuary、Japan、ChesapeakeBay、Arcticmarine、Washingtonmargin、ArabianSeaet.al)的海洋沉积物中检测出了ANAMMOX反应。在海洋沉积物中存在的ANAMMOX菌种群较为单一，基本属于具有较强耐盐能力的Scalindua属。胡宝兰等,生态学报,2011在不同海域水体的低氧区（本格拉港、智利中部沿岸的远海区、阿拉伯海、秘鲁海）也有ANAMMOX的存在，并在氮素循环中起着不同程度的作用。胡宝兰等,生态学报,2011海洋生态系统:Dale等却发现，在开普菲尔河口ANAMMOX菌的分布呈现出了种群多样性，可同时检测到Brocadia、Kueueuia、Jetteuia和Scaliudua四个属的ANAMMOX菌。Dale,

etal.EnvironMicrobiol,2009Amano等在淀川河口也检测出了多种ANAMMOX菌的共存，包括Brocadia、Kueueuia和Scaliudua属。原因推测是由于河口是海陆作用剧烈、生态结构复杂的区域，可营造适合不同种类ANAMMOX菌生存的微环境。Amano,etal.Micro&Enviro,

2007

淡水生态系统:Schubert等首次在天然淡水生态系统坦噶尼喀湖(LakeTanganyika)中发现了ANAMMOX菌的分布，ANAMMOX菌的最大活性为10nmolN2/h，在该区域氮素循环中的贡献率为13%，其活性与贡献率值与某些海洋生境中发生的ANAMMOX反应相比并不逊色。Schubert,etal.EnvironMicrobiol,2006Penton等和Zhang等分别在温特格林湖和江苏新沂河淡水沉积物中也检测到了ANAMMOX菌的分布。在淡水生态系统中检测到的ANAMMOX菌种群多样性水平较低，以Scalindua属居多。Penton,etal.AEM,2006;Zhang,etal.EnvironMicrobiol,2007陆地生态系统:Humbert等首次在不同陆地生态系统(包括沼泽、受污染的孔隙含水层、冻土和农田土壤)中检测出了不同种群的ANAMMOX菌，种群多样性水平较高，包括CandidatusKueneniastuttgartiensis，CandidatusBrocadiafulgida，CandidatusScalinduawagneri和CandidatusJetteniaasiatica。研究表明并非在所有土壤样品中都存在ANAMMOX菌，而只在土壤的一定深度范围内才有ANAMMOX菌的分布。Humbert,

etal.ISMEJ,2010

Zhu等在中国的多处淡水湿地生态系统中也检测出了ANAMMOX菌的存在，主要为Brocadia属的ANAMMOX菌。Zhu,etal.ES&T,2011特殊生态系统:Byrne等在温度高达60-85℃的大西洋中脊深海热液口处检测到了Scalindua属的ANAMMOX菌。Jaeschke等发现在温度为65℃的温泉中也存在ANAMMOX菌的特异性阶梯烷膜脂，含量为0.3-52ng/g，16SrRNA系统发育分析表明，温泉中存在CandidatusBrocadiafulgida，CandidatusBrocadiaanammoxidans和CandidatusKueneniastuttgartiensis的序列。Byrne,etal.IsmeJ,2009;Jaeschke,

etal.FEMSMicrobiolEcol,2009另有研究者报道了ANAMMOX菌也可在低温生态系统中生存。Schmid等发现在温度低至0℃的格陵兰海的迪斯科湾海冰中存在具有活性的Scalindua属的ANAMMOX菌。这些特殊生态系统中ANAMMOX菌的发现对于发掘耐高温和耐低温的ANAMMOX菌菌种资源提供了前景。Schmid,etal.System&ApplMicrobiol,2003此外，Hoffmann等还在海洋的海绵体内发现了ANAMMOX菌的踪迹，检测到了CandidatusScalinduasorokinii和CandidatusScalinduabrodae的存在。Hoffmann,

etal.EnvironMicrobiol,2009ANAMMOX菌的种类与分布ANAMMOX菌的细胞结构ANAMMOX菌的生理特性MicrobiologyMicrobiology

ANAMMOX菌的细胞结构MBRAGSBreactor厌氧氨氧化菌是革兰氏阴性菌,浮霉状菌目，呈球形、卵形等，直径0.8~1.1μm。细胞外无荚膜，细胞壁表面有火山口状结构，少数有菌毛，细胞呈深红色，出芽生殖。细胞内分隔成3部分：

(1)外部区域，包括：

细胞壁(cellwall),细胞质膜(cytoplasmicmembrane),外室细胞质(paryphoplasm)和细胞内质膜；(2)核糖细胞质(riboplasm)；(3)厌氧氨氧化体膜(anammoxosomemembrane),厌氧氨氧化体(anammoxosome),类核（nucleoid）；Niftrik,etal.

JBACTERIOL,2009Allcellsaredividedintothreeseparatecompartmentsbyindividualmembranes:theparyphoplasm(p),riboplasm(r),andanammoxosome(a)compartments.(A)Dividing“CandidatusKueneniastuttgartiensis”cell.(B)“CandidatusAnammoxoglobuspropionicus”cell.glycogen(g)putativeintra-anammoxosomeironparticles(Fe)Scalebars,200nmNiftrikL,etal.JBIOTECHNOL,2008(C)“CandidatusBrocadiafulgida”cellsshowingriboplasmicparticles(pa).(D)Dividingcell.glycogen(g)putativeintra-anammoxosomeironparticles(Fe)Scalebars,200nm(E)Dividing“CandidatusScalinduaspp.”cellswith(E)andwithout(F)pilus-likeappendages.glycogen(g)putativeintra-anammoxosomeironparticles(Fe).Scalebars,200nmElectronmicrographofresuspendedAnammoxbiofilmgrownonsyntheticmediuminanfluidizedbedreactor(FBR).Thedominantspeciesintheenrichmentculture.Bar,1μm.Graaf,etal.Microbiology(UK),1996MicrobiologyANAMMOX菌不同属的形态各异，但是均具备一种重要细胞器—厌氧氨氧化体(Anammoxosome)200nmTransmissionelectronmicrographofaCandidatusKueneniastuttgartiensiscellMicrobiology

ANAMMOX菌的细胞结构厌氧氨氧化体是发生厌氧氨氧化过程的主要场所，为整个细胞提供能量。全球2项独立的研究表明厌氧氨氧化体内存在联氨/羟胺氧化还原酶（HAO）。厌氧氨氧化体的相对体积很大，约占整个细胞的30%—60%。厌氧氨氧化体被一种含有独特成分脂类的双层膜包裹，这种脂类被称为“厌氧氨氧化体脂”。厌氧氨氧化体脂含有阶梯烷（Ladderane），它由多个环丁烷环相互结合而成，形状类似阶梯。阶梯烷与甘油之间以醚键联结。组织致密的阶梯烷结构保证了厌氧氨氧化体内产生的联氨等有毒中间产物不会对ANAMMOX菌产生致命影响。ANAMMOX菌的种类与分布ANAMMOX菌的细胞结构ANAMMOX菌的生理特征MicrobiologyMicrobiology

ANAMMOX菌的生理特征ANAMMOX菌为化能自养型细菌，以二氧化碳作为碳源合成细胞物质。厌氧氨氧化菌对氧敏感，只能在氧分压低于5%氧饱和(以空气中的氧浓度为100%)的条件下生存，一旦氧分压超过18%氧饱和，其活性即受抑制，但该抑制是可逆的。ANAMMOX菌的细胞分裂速度极慢。实验条件下得到的ANAMMOX菌的比生长速率为0.003h-1，即世代时间约为11d，而在生产性试验反应器35℃条件下，世代时间通常为9-12天，均比废水处理系统已知生长最缓慢的产甲烷菌的世代时间还长。Microbiology

ANAMMOX菌的生理特征Strous等人确定了BrocadiaAnammoxidans的生理学参数，其适宜的pH值和温度范围分别为6.7～8.3、20～43℃，最佳条件为pH=8.0，40℃。此时最大比活性约9.2×10-4mol-NH4+/(kg蛋白·s)，对NH4+和NO2-的亲和力常数低于0.1mg-N/L。Strous,etal.AEM,1999Egli等人从生物转盘中富集的Kueneniastuttgartiensis在pH=6.5～9、温度高于11℃低于45℃时，具有厌氧氨氧化活性，最佳条件为pH=8，37℃，其最大比活性为4.4×10-4mol-NH4+/(kg蛋白·s)。Egli,etal.ArchivesofMicrobiol,2001可见ANAMMOX菌适宜生存在中温偏碱性环境。人们对ANAMMOX菌的关键生理参数也进行了研究。MicrobiologyContentsWhatisANAMMOXApplications1234MechanismProspects5

实验室研究

富集培养

反应器结构类型影响因素

ANAMMOX工艺的开发处理不同种类的含氮废水工程化Applications

实验室研究

富集培养

反应器结构类型影响因素

ANAMMOX工艺的开发处理不同种类的含氮废水工程化ApplicationsApplications反应器的结构类型由于ANAMMOX菌生长极为缓慢，如何借助生物反应器进行ANAMMOX菌的高效富集培养一直以来是ANAMMOX研究领域的重要方向。ANAMMOX现象最早在流化床反应器中被发现，随后人们逐渐尝试利用流化床富集培养ANAMMOX菌，从而研究其生理生化特性。随着人们对其研究的逐渐深入发现ANAMMOX菌具有颗粒化的特性，于是SBR、UASB、EGSB等传统生物反应器逐渐应用到富集ANAMMOX菌的工作中，至今仍是使用最多的ANAMMOX菌富集培养反应器。值得提出的是，一些研究人员利用这些反应器接种非ANAMMOX污泥（如硝化/反硝化污泥、好氧/厌氧颗粒污泥等）后同样成功启动了ANAMMOX反应器。部分ANAMMOX菌富集培养反应器数据(ANA污泥：ANAMMOX活性污泥；NA：数据未提供)(a)Experimentalset-upofthesequentialbatchreactor(SBR);(b)Rushtonimpeller.Arrojo,etal.JBIOTECHNOL,200687天(magnification10×)TranhungThuan,etal.

BIOTECHNOLBIOPROCE,2004Schematicdiagramoflab-scaleupflowanaerobicsludgeblanket(UASB)reactorforthestart-upofANAMMOXprocess.EGSBreactorconfigurationforanaerobicammoniumoxidation:(1)influenttank;(2)peristalticpump;(3)reactionzone;(4)circulationperistalticpump;(5)settlingzone;(6)hotwatercirculatingpump;(7)three-phaseseparator;(8)hotwaterjacket;(9)waterbath;(10)waterseal(11)gasflow-meter;(12)samplingpoint.WangJianlong,etal.

PROCESSBIOCHEM,2005Morphologyofanaerobicgranulesused(40magnification);(C)(D)innerstructureofanaerobicgranules(6000magnification);(A)theanaerobicgranulescultivatedintheEGSBreactorafter3monthsoperation.phericalparticleswithasmoothsurface.Thereweredifferentkindsofmicrobesinthegranularsludge.

(BandC)sphericalandshort-rodshapedbacteria(D)somefilamentousmicrobes.Applications反应器的结构类型随着填料性能的逐渐提高和中空纤维微滤/超滤膜的逐渐普及，以UAFB（升流式固定床反应器）和MBR（膜生物反应器）为代表的新型ANAMMOX菌富集反应器开始流行。UAFB是一个广义的名称，它泛指具填料的升流式厌氧反应器。由于填料材质理化性能的优越性和生物膜（Biofilm）工艺的自身优势，这类反应器应用到ANAMMOX领域后，很快便得到人们的关注。SchematicdiagramofBiofixreactorSenQiao,etal.JBIOSCIBIOENG,2009Fromtheexteriorview,eachmicro-element

wastightlyintegratedwithotherpartsandtherewas

littleinterspacebetweenthem;whiletheinterior

showeddrape-shapeandthemicrounitsinsidecould

interlockwitheachother.ThemicroorganizationstructureintheBiofixreactorpresentedhighcompactness.Themicroorganizationstructureexhibitedsphericity.Thisstructuremayhavebeenformedbytheshearforcescausedbytheupwardflowofgasbubblesandwatercurrentsinthespacesbetweensupportmaterials.SchematicdrawingofanANAMMOXupflowbiofilmreactorChongjianTang,etal.

SEPPURIFTECHNOL,2009Applications2008年初，荷兰Delft大学的一组研究人员利用内置式MBR实现了ANAMMOX菌“CandidatusKueneniastuttgartiensis”达97.6%的富集培养，而且世代时间也缩短至8.3天。反应器的结构类型vanderStar,etal.BIOTECHNOLBIOENG,2008

实验室研究

富集培养

反应器结构类型影响因素

ANAMMOX工艺的开发处理不同种类的含氮废水工程化ApplicationsApplications影响因素：1接种污泥的影响2有机物的影响3亚硝酸盐与磷酸盐的影响4抑制剂的影响5SRT的影响6温度的影响7pH值的影响Applications

接种污泥的影响由于ANAMMOX菌的生长极为缓慢，以硝化（亚硝化）反应器污泥，反硝化污泥，污水厂活性污泥等污泥作为接种底泥启动ANAMMOX过程比较困难，具体体现在富集效率低：世界首座ANAMMOX实际工程反应器以反硝化污泥作为接种底泥，从启动到初步实现厌氧氨氧化共耗费三年半的时间。随着ANAMMOX反应器在实际工程的广泛应用，一些学者开始部分或全部采用其他已成功启动并运行中的ANAMMOX反应器的排泥来启动新建的ANAMMOX反应器（实验室规模或实际工程规模），这一措施无疑大大缩短了ANAMMOX反应器的启动时间，从原来的几年减少到1年以内，据报道最短的启动时间仅为2个月。接种污泥对MBR中厌氧氨氧化效能的影响——脱氮效果对比反应器编号污泥来源MBR1#北京高碑店中试AnammoxUASBMBR2#文昌污水厂A/O池缺氧段污泥1#2#Imagesofsludgesamplesinthegranulationprocess.SeedingaerobicgranularsludgeSmallgranulesafter140daysofoperationGranulesonday250Granulesonday300BingJieNi,etal.AEM,2010(A)ConcentrationprofilesofNH4+-N(B)ConcentrationprofilesofNO2--NWithaerobicgranules,thestart-upperiodwaslessthan160daysataNH4+-Nremovalefficiencyof94%andaloadingrateof0.064kgNperkgvolatilesuspendedsolidsperday.Applications我国学者在这方面进行了一些研究，例如，胡勇有等发现在有机碳源（葡萄糖）存在的ANAMMOX反应器中，厌氧氨氧化作用和反硝化作用可以同时存在，且适宜的COD/NH4+-N比值范围为0-1.57；胡勇有等,华南理工大学学报,2007郑平等以酵母膏为有机碳源发现，容积总氮负荷低于0.43kg·m-3·d-1时，有机物对ANAMMOX反应器运行性能的影响较小；郑平,环境科学学报,2006李捷等以实际生活污水作有机碳和无机碳源，认为有机碳的存在将会降低ANAMMOX菌的活性，浓度越高其抑制作用越强，但短时间内该抑制作用是可逆的；李捷,给水排水,2008有机物的影响厌氧氨氧化新途径（DNRA）示意图研究表明，ANAMMOX菌代谢有机物的过程实际上是一种新的代谢途径：ANAMMOX菌Kueneniastuttgartiensis具有异化硝酸盐/亚硝酸盐还原为铵盐（DNRA）的能力，进而将铵盐（产物）和亚硝酸盐（原料/中间体）通过传统厌氧氨氧化途径转化为氮气。在DNRA过程中，ANAMMOX菌以硝酸盐/亚硝酸盐为电子受体，以有机物（甲酸盐）为电子供体，产物为铵盐和CO2。Kartal,etal.Environ

Microbiol,2007随着对ANAMMOX菌研究的不断深入，人们发现ANAMMOX菌除了能够以铵盐和亚硝酸盐为电子供体和电子受体外，还能以有机物（如乙酸、丙酸）为电子供体，以硫酸盐为电子受体，并且能够参与完全不同的反应途径，例如异化硝酸盐还原为铵盐（DNRA）和将羟胺歧化为氮气和铵盐。Guven,etal.AEM,2005Guven等人发现某些有机物的确可以被ANAMMOX菌所利用，并被氧化为CO2。他们发现醇类物质（甲醇、乙醇）抑制厌氧氨氧化过程，葡萄糖、甲酸盐和丙胺酸对其没有影响，而乙酸盐和丙酸盐能够被其利用，特别是丙酸盐利用效率更高。研究还发现，ANAMMOX菌利用丙酸盐时，必须以亚硝酸盐或硝酸盐为电子受体，铵盐和丙酸盐之间存在竞争。Applications亚硝酸盐和磷酸盐的影响不同的菌种对亚硝酸盐的耐受力不同，当NO2-浓度高于10mmol/L时即对“CandidantusBrocadiaanammoxidans”产生抑制作用;Jetten,etal.FEMSMicrobiolRev,1998加入5mmol/L以上的PO43-会完全抑制“CandidantusBrocadiaanammoxidans”的活性，但1mmol/L的PO43-对其活性无影响；Degraaf,etal.Microbiol-UK,1996“CandidantusKueneniastuttgartiensis”对PO43-和NO2-的耐受力则较高，分别达20mmol/L和13mmol/L;Egli,etal.ArchMicrobiol,2001Kimura等人研究发现对于生物膜ANAMMOX反应器而言，亚硝酸盐浓度274mg-N/L是抑制ANAMMOX菌活性的分水岭：即亚硝酸盐浓度超过该浓度时ANAMMOX活性逐渐降低，当浓度达到750mg-N/L时ANAMMOX活性只有未受影响时的10%；而当亚硝酸盐浓度降至274mg-N/L以下时，ANAMMOX活性可以在3天内恢复到原有水平。Kimura,etal.ApplMicrobiolBiotechnol,2010Cho等人研究了高浓度亚硝酸盐对ANAMMOX颗粒污泥的影响，研究发现ANAMMOX颗粒污泥对亚硝酸盐的耐受能力较高，临界抑制浓度为400mg-N/L，是悬浮污泥系统临界抑制浓度的2倍左右。Cho,etal.Chemosphere,2010Applications抑制剂的影响在已有报道中，一些抗生素和无机试剂也能对ANAMMOX菌有抑制作用。早期试验曾证实抗生素（青霉素、氯霉素、氨苄青霉素）、氯化汞、2，4-二硝基酚等试剂对ANAMMOX菌的确存在抑制作用，从而确定了ANAMMOX过程是微生物作用的结果。近几年，又有几种ANAMMOX菌的抑制剂及其抑制浓度被确定，包括游离氨(IC50=55mM)、硝酸盐(IC50=45mM)、乙酸(IC50=39mM)、硫化物(IC50=0.3mM)、盐酸四环素(IC50=55mM)。（IC50:半抑制浓度，用来衡量抑制剂的抑制能力，能力越强，数值越低）Dapena-Mora,etal.

EnzymeMicrobTech,2007

Fernandez等人研究发现若将浓度为20mg/L的氯霉素连续加入一个ANAMMOX-SBR反应器中，该反应器的ANAMMOX活性降低25%，而50mg/L的盐酸四环素同样使反应器活性降低25%。Fernandez,etal.ProcessBiochem,2009综上所述，在利用ANAMMOX工艺处理含有上述物质的含氮废水前应首先去除这些物质，或者降低这些抑制剂的浓度到临界抑制浓度以下。Applications抗生素对厌氧氨氧化菌的筛选作用抗生素名称浓度(mM)氨氮去除抑制率(%)亚硝酸盐氮去除抑制率

(%)阿莫西林1.032.2±1.83.4±0.01氯霉素0.146.7±2.87.0±0.01氧四环素0.277.0±5.19.7±0.04不同抗生素对ANAMMOX菌活性的抑制情况氧四环素对ANAMMOX菌的抑制作用最明显，其次是氯霉素，而阿莫西林对ANAMMOX菌活性的抑制最低。以往多项研究证实，阿莫西林（1.0mM）、氯霉素（0.07mM）和氧四环素（0.1mM）能够通过抑制细胞壁的合成或抑制蛋白的形成从而强烈抑制DNB、AOB、NOB的生长。结合本研究结果，阿莫西林可以通过特异性干扰作用，抑制AOB等这些ANAMMOX菌的竞争菌种，从而加速ANAMMOX菌的富集，达到筛选ANAMMOX菌的目的。Applications

SRT的影响ANAMMOX菌的世代时间长，这对厌氧氨氧化反应器的启动十分不利。一般说来，由于ANAMMOX菌的增殖速率很慢，选择较长污泥龄（SRT）对于启动厌氧氨氧化系统而言是有利的。但有研究表明，较长SRT并不利于缩短反应器的启动时间和控制ANAMMOX菌的增殖速率。VanderStar等人在利用MBR富集培养ANAMMOX菌时发现，当SRT分别为16天和12天时，ANAMMOX菌的世代时间分别为11天和8.3天，且ANAMMOX菌的最高纯度（97.6%）出现在SRT=12d阶段。vanderStar,etal.BIOTECHNOLBIOENG,2008由于以上研究结果都基于悬浮系统，因此系统内SRT究竟如何影响MBR反应器内的厌氧氨氧化过程还需要进一步探究。RIIRIRII(reactorwithhighcellretention)Kieling等人对比研究了排泥和不排泥两种运行方式启动厌氧氨氧化过程，结果发现，排泥更容易加快厌氧氨氧化过程的建立，与不进行排泥的运行方式相比，这种排泥启动方式完成厌氧氨氧化过程提前了100天左右。但是，以上研究的微生物生态学不是很清楚，排泥实验效果更佳的原因可能是因为排泥过程将一些死亡细胞和非功能性微生物及时排出系统，从而更加有利于ANAMMOX菌生的长和繁殖。Kieling,etal.ProcessBiochemistry,2007Applications温度的影响温度是影响微生物酶促反应的主要因素之一，其主要影响途径有两种：1)影响酶催化反应的速率；2)影响基质扩散到细胞的速率。DOSTA等将温度从15℃升至40℃，厌氧氨氧化反应速率呈指数形式增加，超过40℃，厌氧氨氧化活性剧降在废水生物处理中，厌氧氨氧化属于对温度变化比较敏感的反应类型，理论上提高温度有利于加速反应，但是当温度达到45℃时，反应速率下降，细胞溶解，活性逐渐消失，沉淀出水为橙红色，这可能与细胞在高温下破裂释放出细胞色素C有关，细胞色素C是厌氧氨氧化体的重要组成部分。

Dosta,etal.JHazardousMaterials,2008

左剑恶等通过实验发现当反应温度在30~35℃

时,其厌氧氨氧化速率最高,为0.171~0.174mg/(mg·d);当温度升至40℃时,其活性明显下降,仅为0.091mg/(mg·d)；而当温度低于30℃

时,其活性也明显下降。左剑恶等，环境科学，2006ApplicationsCema等在温度为17℃运行厌氧氨氧化生物转盘，氮平均去除率达到0.5kg/(m3·d)；

Cema,etal.ManagementofPollutantEmmissionfromLandfillsandSludge,2008Isaka考察低温条件下厌氧氨氧化的长期稳定性，认为20℃-22℃时厌氧氨氧化生物滤池可保持稳定的氮去除效能，总氮去除最大可达8.1kg/(m3·d)；Isaka,etal.FEMSMicrobiolLetters,2008Dosta等认为小幅度降温更有利于厌氧氨氧化低温条件的启动运行，厌氧氨氧化SBR反应器在温度为18℃时的氮去除率为0.3kg/(m3·d)，此时NO2--N与NH4+-N消耗量之比由30℃时的1.38±0.01降低到1.05±0.01，当温度降到15℃时，氮去除率仅为0.02kgN/(kgVSS·d)，此时反应器内NO2--N开始累积，系统稳定性消失；Dosta,etal.JHazardousMaterials,2008低温对厌氧氨氧化的应用具有更重要的实际意义：ApplicationspH对污泥活性的影响在厌氧氨氧化过程中,pH值是一个非常重要的环境条件,很多学者就pH值对厌氧氨氧化的影响进行了研究。

Strous等人认为厌氧氨氧化的最大反应速率出现在pH值为8左右。

Strous,etal.ApplMicrobBiotechnol,1998

郑平等认为厌氧氨氧化的最适宜pH值在7.

5~8.0附近;

Zheng,etal.JEnvironSci-China,2004左剑恶等通过实验得出pH值对厌氧氨氧化过程有明显影响,最适pH值为7.5~8.3，在pH值7.0~9.0之间。左剑恶等，环境科学，2006

实验室研究

富集培养

反应器结构类型影响因素

ANAMMOX工艺的开发处理不同种类的含氮废水工程化ApplicationsApplications

ANAMMOX的经济性原理ANAMMOX工艺通常分两步进行：（1）短程硝化；（2）ANAMMOX。分别将其与传统的（全程）硝化-反硝化工艺相比：目前最经济的脱氮工艺之一几种脱氮工艺成本比较1、半硝化-厌氧氨氧化工艺（SHARON–ANAMMOX）将前面两种工艺联合起来，在反应系统中，进水总NH4+的50%在半硝化反应器内发生如下反应：

SHARON工艺可采用完全混合式好氧连续反应器；ANAMMOX工艺可采用生物膜法和生物流化床。半硝化反应器的出水（含有NH4+和NO2-）作为厌氧氨氧化反应器的进水。在厌氧氨氧化反应器内发生厌氧反应，有95%的氮转变成N2，另外，还有少量的NO3-随出水排出。Applications半硝化-厌氧氨氧化工艺适合处理高浓度NH4+-N废水和有机碳含量低的高NH4+-N浓度工业废水。出水NH4+-N可达到6.7mg/L、TN为24mg/L。较之传统的硝化-反硝化工艺，该工艺耗氧量由4.6kgO2/kgN2降到1.9kgO2/kgN2，降低了耗氧60%，且不需要添加碳源。产生的剩余污泥量很少。2001年Jetten等以污泥消化出水作为原水，利用SHARON-ANAMMOX组合工艺进行了生物脱氮试验研究，该工艺的总氮负荷为0.8kg/(m3·d)，pH不用控制。整个试验过程中，NH4+去除率为83%；

Jetten,etal.WaterSci&Technol,20012002年Fux等也以该组合工艺进行了中试规模的试验研究，在半年的运行过程中，氮的去除负荷可达2.4kg/(m3·d)，NH4+去除率大于90%；Fux,etal.JBiotechnol,20022002年6月荷兰鹿特丹的Dokhaven污水厂建成世界上第一座SHARON-ANAMMOX生物脱氮组合技术工业化生产装置，用于处理其泥区的废水。

vanderStar,etal.WaterResearch,2007反应器内进行部分硝化和氨的厌氧氧化。在限氧条件下，系统中有两类自养微生物：好氧硝化细菌和厌氧氨氧化细菌。好氧硝化细菌将NH4+氧化成NO2-。反应如下：然后，厌氧氨氧化细菌将NH4+和NO2-转变成N2和少量的NO3-。反应如下：总的脱氮反应式为：1、生物膜内自养脱氮工艺（CANON）Applications

在限氧的条件下，利用完全自养性微生物将氨氮和亚硝酸盐同时去除的一种方法。该工艺可用以低有机物浓度的废水生物脱氮，可以采用单一反应器或生物膜反应器。2、生物膜内自养脱氮工艺（CANON）Applications

生物膜内自养脱氮工艺适用于污水生物脱氮尤其是低有机物高氮废水。由于该工艺过程微生物是完全自养的，所以不需要外加碳源。另外，在整个脱氮过程中也不需要通风曝气，节约能耗。相对于传统脱氮工艺，该工艺的耗氧量降低63%。2、生物膜内自养脱氮工艺（CANON）ApplicationsTheCANON(CompletelyAutotrophicNitrogenremovalOverNitrite)processInanairpulsingreactortypeSBR;Fedwiththesupernatantfromananaerobicsludgedigester;lowtemperatures(18–24◦C);Themaximalnitrogenremovalratewasof0.45gNL−1d−1;Nitrogenremovalpercentagesupto85%;ThesegranuleswerecomposedbyANAMMOXbacterialocatedininternalanoxiclayerssurroundedbyanexternalaerobiclayerwhereAOBwereplaced;Vázquez-Padínetal.JHazardousMaterials2009Applications新型脱氮工艺与传统脱氮工艺比较

实验室研究

富集培养

反应器结构类型影响因素

ANAMMOX工艺的开发应用于不同种类的废水处理工程化Applications厌氧氨氧化工艺已经被应用于处理以下几种废水:municipalwastewatertreatment(rejectionwaterfromasludgedigester)organicsolidwastetreatment(landfills,composting,digestion)foodindustriesmanureprocessingindustriesfertilizerindustries(petro)

chemicalindustriesmetallurgicalindustriesminingindustriesApplicationsCema等用生物转盘处理垃圾渗滤液，结果表明，在温度不超过20℃时，在生物膜中成功地驯化了厌氧氨氧化菌,反应过程不会受到高亚硝酸盐(100gNO2-N·m-3)的影响。Cema.G,etal.ManagementofPollutantEmmissionfromLandfillsandSludge,2008垃圾渗滤液：Pambrun等用SBR反应器进行厌氧氨氧化反应处理城市垃圾渗滤液,在反应30-40d后实现了亚硝酸盐的积累,通过控制溶解氧达到了去除氮的最大负荷2kgN·m-3d-1,反应190d后100%