厭氧條件下氨氧化電子受體研究進(jìn)展*

楊朋兵 李 祥 黃 勇# 林 興 朱 強(qiáng) 朱 亮 周 健

(1.蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215011；2.蘇州科技大學(xué)環(huán)境生物技術(shù)研究所，江蘇 蘇州 215011)

1 Anammox的發(fā)現(xiàn)及其意義

圖1 Anammox反應(yīng)模型Fig.1 Anammox reaction model

圖2 傳統(tǒng)硝化、反硝化工藝與Anammox工藝對(duì)比Fig.2 Comparison of traditional nitrification and denitrification process and Anammox process

2 硫酸鹽型Anammox

2.1 發(fā)現(xiàn)及意義

(1)

(2)

(3)

總反應(yīng)方程為：

(4)

這種感覺(jué)終于迎來(lái)了驗(yàn)證的一天。在雙方父母的一再催促下，我跟葉靄玲去領(lǐng)了結(jié)婚證。我明白這是一個(gè)極不靠譜的舉措，但我實(shí)在找不出理由來(lái)拒絕葉靄玲。事實(shí)上，這個(gè)日子被我往后推了又推，以各種各樣的理由，有些是完全站不住腳的。然后，它忽然呈現(xiàn)出不可動(dòng)搖的面目，被選定在下一個(gè)吉日良辰。真是千挑萬(wàn)揀，實(shí)在沒(méi)有辦法再搪塞到下一次了。于是，我倆站在了結(jié)婚登記處的柜臺(tái)前，面對(duì)一個(gè)胖胖的面目慈祥的女登記員，聽(tīng)她問(wèn)，你愿意娶她為妻嗎？我答，我愿。她又問(wèn)，你愿意嫁給他嗎？葉靄玲答，我愿意。然后登記員向我們收取了9元錢(qián)的登記費(fèi)，給我們發(fā)了兩份大紅的結(jié)婚證書(shū)，打發(fā)我們走到陽(yáng)光底下來(lái)。

2.2 反應(yīng)機(jī)制研究

Anammox菌由復(fù)雜的生物組成，同時(shí)包含了具有硝化功能和反硝化功能的細(xì)菌[11]1231-1233，因此體系中能夠發(fā)生異養(yǎng)反硝化、自養(yǎng)反硝化等附帶反應(yīng)。當(dāng)環(huán)境在有機(jī)和無(wú)機(jī)條件下變化時(shí)，其發(fā)生的反應(yīng)就不僅僅是單一的硫酸鹽型Anammox反應(yīng)，造成產(chǎn)物存在區(qū)別。若產(chǎn)物來(lái)源于單一反應(yīng)，可采取反投加的方式來(lái)判斷體系中是否存在對(duì)應(yīng)的反應(yīng)，針對(duì)存在中間反應(yīng)、反應(yīng)速率較快產(chǎn)物難以檢測(cè)或多個(gè)反應(yīng)都可生成同一產(chǎn)物的情況，則建議采用同位素示蹤技術(shù)對(duì)目標(biāo)元素進(jìn)行標(biāo)記，并結(jié)合功能酶活性抑制物來(lái)確定反應(yīng)途徑。

3 鐵還原氨氧化(Feammox)

3.1 反應(yīng)機(jī)制及意義

(5)

3.2 有待解決的問(wèn)題

雖然Feammox在理論上具有很多重要的意義，但其目前仍處于研究初期，還有很多問(wèn)題需要去探究和解決。

3.2.1 反應(yīng)產(chǎn)物

表1 不同環(huán)境中和Fe3+反應(yīng)情況

(6)

(7)

3.2.2 反應(yīng)物

3.2.3 影響因素

4 結(jié)語(yǔ)和展望

多種電子受體的發(fā)現(xiàn)拓展了氮素圈與其他系統(tǒng)之間的聯(lián)系，使Anammox的廣泛應(yīng)用在理論上變成可能，也為更經(jīng)濟(jì)有效的脫氮提供多方面選擇。目前傳統(tǒng)的亞硝酸鹽型Anammox技術(shù)在國(guó)內(nèi)外研究較多，理論知識(shí)也比較豐富，硫酸鹽型Anammox與Feammox在國(guó)外有一定的研究基礎(chǔ)，但理論還不完善，而國(guó)內(nèi)相關(guān)研究目前仍處于起步階段。筆者認(rèn)為，后期應(yīng)在以下幾個(gè)方面開(kāi)展進(jìn)一步研究:(1)如何快速培養(yǎng)Anammox菌，快速啟動(dòng)Anammox反應(yīng)器以適應(yīng)實(shí)際工程需求，是亞硝酸鹽型Anammox工藝后期還需繼續(xù)探究的地方；(2)硫酸鹽型Anammox的機(jī)制研究尚存爭(zhēng)議，而其工程應(yīng)用價(jià)值很高，后期可深入研究如何控制反應(yīng)階段而實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用價(jià)值最大化；(3)Feammox具有工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，但其反應(yīng)機(jī)制并未明確，后期應(yīng)結(jié)合同位素示蹤以及分子生物學(xué)手段深入研究，明確功能微生物種屬，探究微生物生存特性，掌握反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)途徑，從而使該工藝更好地應(yīng)用于廢水處理，為脫氮提供更合理、更簡(jiǎn)便的方式；(4)開(kāi)展其他可以作為Anammox電子受體的研究，為氮素的轉(zhuǎn)化提供更多的可能性。

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