三、结论
传统生物脱氮工艺主要由好氧自养型硝化菌和厌氧异养型反硝化菌实现。 然 而人们陆续发现了异养型硝化菌、好氧缺氧型反硝化菌、厌氧氨氧化菌，促使了 短程硝化反硝化、 同步硝化反硝化和厌氧氨氧化工艺的产生， 为今后污水处理降 低成本、简化脱氮过程提供了可能，具有很好的发展空间。但是，由于实际运行 条件的限制， 以及相应细菌生存条件比较苛刻，在实际应用中还存在一定的局限 性。可以将以上工艺与微生物燃料电池、微生物电解池、微生物电极反应器相耦 合。 微生物电解池与同步硝化反硝化耦合，电解水时，阳极产生氧气作为硝化反 应电子受体， 阴极产生氢气作为反硝化反应的电子受体；调整外部电压达到较低 电压，没有电解水时，阳极微生物分解有机物和氨氮，产生电子和质子，电子通 过外电路到达阴极， 作为阴极反硝化反应电子供体。微生物燃料电池与同步硝化
3、厌氧氨氧化 厌氧氨氧化[8]是在厌氧条件下微生物直接以 NH4+为电子供体，NO2-为电子受 体的氧化还原反应，产物为 N2。与传统硝化反硝化工艺相比，它具有很大的优越 性: 不再需要外加有机物作为电子供体; 氧得到有效利用， 供氧能耗下降; 产碱 量为零，减少中和所需的化学试剂，降低运行费用，同时还能减轻二次污染; 污 泥量低。厌氧氨氧化过程中 N 的变化过程为: NH4++NO2－→N2 厌氧氨氧化菌为自养型微生物，生长速率缓慢，副产物亚硝酸盐会累积，氮 去除率会降低。 因此人们致力于研究更高效的反应器， 例如膨胀颗粒污泥床[9]， 升流式厌氧污泥反应器[10]， 序批式活性污泥[11]，这些都可以在一定程度上弥 补厌氧氨氧化菌生长速度慢的缺点。反硝化细菌能抑制厌氧氨氧化细菌的生长， COD 浓度偏高也会抑制厌氧氨氧化细菌的生长。生物阴极反硝化 MFC 能利用生物 阴极电子做电子供体， 实现了自养反硝化[12]。 并且 MFC 生物电化学反硝化过程 也受有机添加物的限制。 因此将 MFC 反硝化过程同厌氧氨氧化耦合，可以排出有 机物的不良影响，提高氨氮的去除率。Chao Li[13]等人将 MFC 同厌氧氨氧化过 程耦合，研究了脱氮过程中稳态下氨态氮：亚硝态氮：硝态氮比例为 1：1.37： 0.03，通过微生物群落分析，CandidatusBrocadiasinica 是主要的厌氧氨氧化 细菌， Rhodopseudomonaspalustris 主要富集在生物膜上，并能够进行电化学反 硝化过程。nirK 和 amx 基因是微生物脱氮效果良好的主要原因。
2016
年春季学期研究生课程考核
（读书报告、研究报告）
考
核
科
目: 专 业 新 技 术
学生所在院（系） :市 政 环 境 工 程 学 院 学 生 所 在 学 科: 学 学 学 考 生 核 类 结 生 姓 名: 左 左 号: 别: 工 学 硕 士 果 一、前沿
氮是造成水体富营养化的一种主要污染物质， 尤其是当水体有机性污染物降 低到一定标准之后。为了维护生态环境，保障人体健康，国家的污水排放标准逐 步严格，对氮的去除也有了更高的要求。因此，研究具有高效脱氮功能的工艺越 来越重要。 传统的生物脱氮理论[1]包括硝化和反硝化两个过程，分别由自养型硝化菌 和异氧型反硝化菌完成。其生物脱氮原理为: 氨化反应是在氨化菌作用下，有机氮被分解转化为氨态氮，这一过程称为氨 化过程，氨化过程很容易进行;硝化反应由好氧自养型微生物完成，在有氧状态 下，亚硝化菌利用无机碳为碳源将 NH4+氧化成 NO2-，然后硝化菌再将 NO2-氧化成 NO3-的过程。反硝化反应是在缺氧状态下，反硝化菌将亚硝酸盐氮、硝酸盐氮还 原成气态氮 (N2 )的过程。反硝化菌为异养型微生物，多属于兼性细菌，在缺氧 状态时， 利用硝酸盐中的氧作为电子受体，以有机物 (污水中的 BOD 成分)作为 电子供体，提供能量并被氧化稳定。 具体流程图如下：
二、研究现状
1、短程硝化反硝化 短程硝化反硝化[3]是将氨氮氧化控制在亚硝化阶段，然后进行反硝化，省 去了传统生物脱氮中将亚硝酸盐氧化成硝酸盐，再还原成亚硝酸盐两个环节。因 此，该技术具有很多优点: 可节省约 25%氧供应量，降低能耗; 可节省反硝化所 需的碳源，在 C/N 一定的情况下，提高 TN 的去除率; 缩短反应历程，并使相应 反应器的容积减小; 可使污泥生成量减少 50%左右。尤其适合处理碳氮比低的高 氨氮废水。短程硝化反硝化过程中 N 的变化过程为:
NH4 →NO2 →N2 在短程硝化反硝化途径中，关键是如何将氨氧化反应控制在亚硝态氮阶段， 使其不再进一步氧化成硝态氮。一方面，可筛选培养出高效亚硝化菌和硝化菌， 研究其特性并用来去除氨氮; 另一方面，通过对运行参数的控制来实现。短程硝 化反硝化的影响因素主要有 pH 值、游离氨、泥龄、DO、温度和有毒物质。 周戈等[4]采用 SBBR 在溶解氧 1.0 mg /L 条件下考察了不同温度对实际炼 油催化剂废水脱氮系统效能的影响。33、30 及 28℃条件下，反应器亚硝积累率 均可稳定保持在 90% 以上。不同温度下短程硝化反硝化 pH 值及 ORP 变化趋势 基本一致， 结合在线监控 pH 值及 ORP 变化规律调控反应时间，最大限度保证短 程硝化的稳定性。 2、同步硝化反硝化 一些研究人员发现在氧气存在的条件下发生了反硝化现象， 即存在有氧情况 下的反硝化反应、低氧情况下的硝化反应。在这些处理系统中，硝化和反硝化往 往发生在相同的条件下或同一处理空间内， 这种现象被称作同步硝化反硝化[2]。 同步硝化反硝化过程中 N 的变化过程为: NH4+→NO2－→NO3-NO3--→NO2－→N2 综合近年来相关的研究成果， 同步硝化反硝化的反应机理有两种解释: 微环 境理论解释和生物学解释。 ( 1) 微环境理论解释 在活性污泥的絮体中， 从絮体表面至其内核的不同层次上，由于氧传递的限 制原因，氧的浓度分布是不均匀的，微生物絮体外表面氧的浓度较高，内层浓度 较低。在生物絮体颗粒尺寸足够大的情况下，可以在菌胶团内部形成缺氧区，在 这种情况下，絮体外层好氧硝化菌占优势，主要进行硝化反应，内层为异样反硝 化菌占优势，主要进行反硝化反应。除了活性污泥絮凝体外，一定厚度的生物膜 中同样可存在溶氧梯度，使得生物膜内层形成缺氧微环境。 ( 2) 生物学解释 20 世纪 80 年代以来，生物科学家研究发现微生物如荧光假单胞菌、粪产 碱菌、 铜绿假单胞菌、致金色假单胞菌等都可以对有机物或无机氮化合物进行异 养硝化。与自养型硝化菌相比较，异养型硝化菌的生长速度快、细胞产量高，要 求的溶解氧浓度低，能忍受更酸性的生长环境。Robertson 在反硝化和除硫系统
+ N������4
亚硝化
− ������������2
硝化
− ������������3
反硝化
− ������������2
反硝化
������2
传统生物脱氮途径 近十多年来， 许多国家加强了对生物脱氮的研究，并在理论和技术上都取得 了重大突破。其中主要包括短程硝化反硝化，厌氧氨氧化和同步硝化反硝化等， 以及它们的组合工艺[2]。这些新的理论研究表明: ①硝化反应不仅由自养菌完 成， 某些异养菌也可以进行硝化作用; ②反硝化不只在厌氧条件下进行，某些细 菌可在好氧或缺氧条件下完成反硝化; ③许多好氧反硝化菌同时也是异养硝化 菌，并能把 NH4 +氧化成 NO2-后，直接进行反硝化反应。
反硝化耦合时，通过阴极室中氧气得电子获得高 pH，可以强化同步短程硝化反 硝化工艺。 微生物燃料电池反硝化过程与厌氧氨氧化相耦合时，阴极反硝化细菌 能利用生物阴极电子做电子供体，实现了自养反硝化，阳极微生物降解水中有机 物，可以减少有机物对厌氧氨氧化细菌的抑制影响，提高氨氮的去除率。同时， 调整反应过程中的温度、电压、pH、游离氨、污泥龄、底物以及底物浓度、溶解 氧、菌种等参数，以达到最大的氨氮去除效果。
四、参考文献
[1] 徐小惠，苗宇. 浅谈生物脱氮常见工艺[J]. 河南科技. 2013(21): 15. [2] 马浩亮,徐洪斌.新型生物脱氮工艺研究进展[J].生命科学与农业科学.2013(14):187-189. [3] 李娜 , 李国德 , 武士威 , 牟嘉 , 孙兵 . 短程硝化反硝化生物脱氮影响因素研究 [J]. 山东化 工.2015,44:146-147 [4] 周戈,赵小晶,梁红,高大文.不同温度对 SBB Ｒ同步短程硝化反硝化处理炼油催化剂废水 的影响[J].环境工程学报.2015,9:2869-2874 [5] Zhan G, Zhang L, Li D, et al. Autotrophic nitrogen removal from ammonium at low applied voltage in a single-compartment microbial electrolysis cell[J]. Bioresource Technology. 2012, 116: 271-277. [6] Sakineh Haddadi, GholamRezaNabi-Bidhendi, Nasser Mehrdadi. Nitrogen removal from wastewater through microbial electrolysis cells and cation exchange membrane[J]. Journal of Environmental Health Science & Engineering 2014, 12:48-56 [7] 贾璐维，赵剑强，胡博，等. MFC 强化同步短程硝化反硝化工艺的启动[J]. 环境工程学 报. 2015(04): 1831-1836. [8] 张正哲，金仁村，程雅菲，等 . 厌氧氨氧化工艺的应用进展 [J]. 化工进展 . 2015(05): 1444-1452. [9] Wang Jianlong, Kang Jing.The characteristics of anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) by granular sludge from an EGSB reactor. Process Biochemistry[J]. 2005,40 :1973–1978 [10] Tang C, Zheng P, Wang C, et al. Performance of high-loaded ANAMMOX UASB reactors containing granular sludge[J]. Water Research. 2011, 45(1): 135-144. [11] M. Ruscalleda, H. Lo´ pez, R. Ganigue´ , S. Puig, M. D. Balaguer , J. Colprim. Heterotrophic denitrification on granular ANAMMOX SBR treating urban landfill leachate[J]. Water Science & Technology—WST .2008,48:1749-1755 [12]Peterclauwaetr, Korneelrabaey etc. Biological denitrification in microbial fuel cells[J]. Environment Science and Technology. 2007, 41:3354-3360 [13] Li C, Ren H, Xu M, et al. Study on anaerobic ammonium oxidation process coupled with denitrification microbial fuel cells (MFCs) and its microbial community analysis[J]. Bioresource Technology. 2015, 175: 545-552.