九游会,SCI搬运工｜厌氧氨氧化颗粒污泥的研究进展 富营养化的威胁已导致许多国家采用严格的氮排放标准，一旦TN浓度超过0.8 mg/L，就会发生富营养化

焦点提醒：SCI搬运工｜厌氧氨氧化颗粒污泥的研究进展 富养分化的要挟已致使很多国度采取严酷的氮排放尺度，一旦TN浓度跨越0.8 mg/L，就会产生富养分化

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美国《科学引文索引》（Science Citation Index, 简称 SCI ）在1957 年由美国科学消息研究所（Institute for Scientific Information, 简称 ISI）在美国费城开办，是由美国科学消息研究所（ISI）1961 年开办出书的引文数据库。SCI（科学引文索引）与EI（项目索引）、ISTP（科技会议录索引）被并称为世界闻名的三年夜科技文献检索系统。

富养分化的要挟已致使很多国度采取严酷的氮排放尺度，一旦TN浓度跨越0.8 mg/L，就会产生富养分化。是以，火急需要进一步改良污水的水质，以确保对生态情况的风险相对较低。厌氧氨氧化（anammox）工艺是一种相对较新的生物脱氮（BNR）工艺，具有高性价比和节能，无需任何外部碳源就可以处置低碳氮比（> 2.5）废水，曝气的能源本钱低，节流污泥处置运营本钱，温室气体排放量削减，空间需求相对较小的长处。另外，厌氧细菌在因为晦气前提而处在休眠状况后从头表露在恰当的操作前提下2~5 d后，具有从头活化的能力。是以，厌氧氨氧化工艺供给了一种更可延续的废水处置体例。

厌氧氨氧化工艺已利用在高强度氮废水的处置，和污水处置厂的支流废水（WWTP）的处置中。与保守的脱氮工艺（硝化和反硝化）分歧，生态友爱的厌氧氨氧化工艺可以或许经由过程将亚硝酸盐作为电子受体将铵间接氧化成二氮而在氮轮回中缔造捷径，如方程式（1）和图1所示。

厌氧污泥颗粒污泥的研究进展

自1990年月中期在荷兰发觉厌氧氨氧化工艺以来，多年来，为了提高厌氧氨氧化工艺的效力，已开辟了各类改良工艺。

因为没有污泥滞留，经由过程亚硝酸盐高速度去除氨的单反映器系统（SHARON）工艺与所有其他生物处置工艺完全分隔，高温（30~40 ℃）前提确保仅快速发展的细菌的发展和堆集，是以，与氨氧化细菌比拟，亚硝酸盐氧化细菌的发展减慢。在受控的温度、氧气供给和稀释率下，SHARON反映器可以或许发生1：1的亚硝酸盐和氨盐比率，这对进行厌氧氨氧化工艺相当主要。

CANON工艺是亚硝酸盐完全自养脱氮，是厌氧氨氧化工艺的另外一项专利改良。CANON工艺构成的颗粒污泥能够同时进行好氧和厌氧氨的氧化反映。是以，虽然外膜因为低的氧浓度而合适在氨氧化剂的发展，可是另外一方面，颗粒污泥的中间有益在厌氧细菌的活性。

OLAND–凡是被认为是CANON的一种变体，是限氧自养硝化-硝化感化。消融氧（DO）一直连结低在0.2 mg DO/L的值，从而限制了硝化感化并避免了较着的硝酸盐构成，它还具有在低温前提（22~30℃）下可操作的劣势。

最近几年来，新型的部门反硝化-厌氧氨氧化工艺引发了研究者的极年夜爱好。虽然其前身—部门硝化-厌氧氨氧化(PN/A)工艺(从高浓度、暖和的废水中去除侧流氮的成熟手艺)在节流曝气本钱、低污泥产量、没有外部碳源供给方面具有很多劣势，但如前所述，它依然具有很多操作挑战。

厌氧生物颗粒化

一般而言，在生物反映器中不雅察到的颗粒污泥具有高密度和法则的外形。比拟之下，颗粒比絮状物更致密，微生物布局更强。另外，因为它们的高沉降速度，可使用高水力负荷，而不会致使生物量的流掉。颗粒污泥由微生物细胞、胞外聚合物(EPS)和穿孔无机物等构成。

按照微生物代谢中所触及的电子受体的性质，颗粒污泥可分为需氧污泥和厌氧污泥。厌氧氨氧化颗粒污泥(ANGs)—一种厌氧颗粒污泥，具有完全生物量保存和很是低的生物量产量的长处。但是，与生物膜或凝胶截留系统中对载体的需要相反，厌氧氨氧化颗粒系统确保完全的生物量保存，而不需要载体。厌氧氨氧化颗粒的构成触及分歧的物理化学和生物彼此感化。为了帮忙注释造粒进程，多年来已开辟了几种模子—选择压力模子、胞外聚合物(ECP)连系模子、惰性核模子、合成和自然聚合物连系模子、磨损模子、次级最小粘附模子、多价正离子连系模子和概况张力模子。不管厌氧氨氧化活性的状况(高或低)，选择压力、多价离子、胞外聚合物(ECP)等依然有助在种子污泥中厌氧氨氧化生物资的粒化。

厌氧氨氧化颗粒污泥的特征

直径

厌氧氨氧化颗粒的直径暗示厌氧氨氧化反映器的机能，并极年夜地影响厌氧氨氧化颗粒的沉降性。一般来讲，厌氧氨氧化颗粒可分为沉降颗粒和漂浮颗粒，沉降性和反映器的全体机能之间具有正相干关系。是以，颗粒的沉降性越高，反映器的机能越好。与较小的厌氧氨氧化生物膜比拟，年夜型厌氧氨氧化颗粒受氮浓度的影响相对较小。按照厌氧氨氧化工艺的沉降模子，1.75~4.00mm的直径被认为厌氧氨氧化颗粒的最好直径，以实现厌氧氨氧化工艺的高效运转。另外，为避免颗粒漂浮，建议一直将厌氧氨氧化颗粒的直径连结在2.20mm以上。但是，厌氧氨氧化颗粒的直径与其密度成反比。是以，直径的增添致使厌氧氨氧化颗粒密度的下降，这可能致使生物资的漂浮。

沉降速度

厌氧氨氧化颗粒具有杰出的沉降性。密度和直径的增添致使厌氧氨氧化颗粒的沉降速度响应增添。据报导，沉淀能力差的厌氧氨氧化反映器会致使运转不不变。厌氧氨氧化颗粒的球形度、圆度和质量等其他身分对厌氧氨氧化颗粒的沉降速���λ�app度也有很年夜影响。按照Komar等人的不雅点，与不异分量的非球形颗粒比拟，颗粒越是球形，其在流体中的沉降速度就越高。

形态学

一般来讲，厌氧氨氧化颗粒据报导具有球形三维外形。陆等人尝试发觉，厌氧氨氧化颗粒外形不法则，概况不服整，布局包罗颗粒、亚单元、微生物细胞簇和单细胞。但是，这与和Jing的不雅察成果构成对照，他们不雅察到来自反映器运转约三个月的厌氧氨氧化颗粒具有法则的外形(球形)和滑腻的概况。

密度

据报导，厌氧氨氧化颗粒具有更高的比密度与好氧颗粒(40~70gVSS/L)。厌氧氨氧化颗粒的密度和形态可能与其直径相关。此中直径的增添致使厌氧氨氧化颗粒的密度下降。固然在尝试进程中直径对厌氧氨氧化颗粒沉降性的影响远远跨越密度，但是，总的沉降性由厌氧氨氧化颗粒的密度决议。

色彩

厌氧氨氧化颗粒独有的胭脂朱颜色注解了厌氧氨氧化细菌的高活性。它们的色彩能够从胭脂红到褐色或黑色转变。这首要归因在厌氧氨氧扮装置中的血红素c浓度。是以，血红素c浓度较高的厌氧氨氧化颗粒呈灰色，而黑色厌氧氨氧化颗粒缺少血红素c。发觉色彩值与厌氧氨氧化细菌的比活性和生物负载率呈正相干。另外，发觉概况微不雅布局的差别极年夜地影响了肉眼可见的颗粒污泥的客观色彩。

影响厌氧氨氧化颗粒成长的身分

种泥

凡是，厌氧氨氧化工艺的启动首要取决在所用反映器的类型、反映器中保持的操作前提、接种的种子污泥反映能力和微生物构成。厌氧氨氧化细菌的发展速度很慢(它们的倍增时候在30~40℃前提下约为10~14d)，细胞产量低，和对不竭转变的情况前提的高度敏感性，这使得它们极难培养。因为厌氧氨氧化细菌的活性程度低，厌氧氨氧化生物量堆积凡是需要很长时候。当利用好氧、厌氧或夹杂活性种子污泥时，共存细菌之间的合作就证实了这一点，从而按捺了厌氧氨氧化的启动。很多接种了好氧或厌氧颗粒种泥的颗粒厌氧氨氧化反映器致使了更快的厌氧氨氧化启动。

底物浓度

虽然它们在厌氧氨氧化进程中充任底物，可是铵(NH4+)，亚硝酸盐(NO-)乃至硝酸盐(NO3-)，和游离氨有时也能够作为按捺剂。就氮污泥负荷率而言，颗粒完全性和低脱氮效力都遭到基质的负面影响(NSLR)。是以，当跨越阈值限制时，氨和亚硝酸盐首要对厌氧氨氧化进程起反感化。但是，阈值限制不是恒定的，首要取决在进程中采取的策略。反映器中遍及具有的微生物布局和群落也遭到底物浓度的很年夜影响。是以，底物供给、氮负载率(NLR)极年夜地影响微生物群落的布局。高底物浓度对快速发展的厌氧氨氧化生物的劣势有积极影响，从而致使厌氧氨氧扮装置中氮的高去除率。

水力逗留时候和污泥逗留时候（SRT）

SRT在厌氧氨氧化生物量的堆积中起侧重要感化。在厌氧膜生物反映器系统中，保持较长的SRT时候是有益的。按照Nicolella等人，基在颗粒污泥的反映器是紧凑的反映器，连系了短的水力逗留时候和长的不变固体逗留时候。

温度和酸碱度

按照科学家的说法，厌氧氨氧化进程的最好温度是20~40℃。是以，年夜大都颗粒厌氧氨氧化反映器也在不异的规模内运转。但是，当温度连结在45℃以上时，厌氧氨氧化活性会产生不成逆的粉碎。

据陈述，颗粒情势的厌氧氨氧化生物量的最适酸碱度规模在6.7~8.3。据不雅察，高酸碱度对应在游离氨浓度的增添，而下降酸碱度会致使设置中游离亚硝酸的堆集。在很年夜水平上，厌氧氨氧化进程中占劣势的厌氧氨氧化细菌是由占劣势的pH值决议的。是以，为了高效脱氮，需要将温度和酸碱度等操作参数节制在恰当的程度。

水里剪切力和搅拌速度

由机器搅拌发生的物理活动，有助在细菌与细菌的接触。剪切力是发生致密不变颗粒布局的要害。按照Reino等，液体引诱的剪切力极年夜地影响生物资的造粒进程。是以，颗粒污泥的构成很年夜水平上遭到水动力剪切力和彼此感化的活动模式的影响。卵白质过量发生的剪切力的急剧增添可能致使颗粒的粉碎。由上流液流或搅拌机制发生的适合的剪切应力为厌氧氨氧化生物资的颗粒化缔造了有益的情况。

无机离子的具有

研究人员认为，细菌对惰性物资、无机沉淀物的粘拥护吸附，和经由过程物理化学彼此感化和共养联系关系的彼此粘拥护吸附，多是激发颗粒化进程的缘由，从而成为新微生物发展的微生物核(前体)。

据陆克文等人，钙的具有增进了颗粒的构成，据报导钙和镁的沉淀在厌氧氨氧化颗粒化中充任成核种子。另外，磷酸钙的沉淀致使厌氧氨氧化生物量活性的损失。虽然正二价离子有助在与带负电荷的细菌概况连系，从而增进堆积，可是它对颗粒巨细有负面影响。

胞外聚合物

按照拉斯皮杜等的不雅点，污泥液由惰性生物资、胞外聚合物和可溶性微生物产品构成。在细菌细胞中，颗粒物资和胞外多糖紧密亲密相干。据报导，胞外聚合物对微生物堆积体中细胞的布局和功能完全性相当主要，由不溶性物资构成，而另外一方面，作为一些例子，光滑肌细胞被认为是具有可溶性年夜份子、胶体和黏液的可溶性胞外聚合物。经由过程充任粘合剂和庇护颗粒免受有毒物资的影响，胞外聚合物可以或许保持厌氧氨氧化颗粒污泥(AnGS)的不变性。但是，胞外多糖的发生会干扰厌氧氨氧化细胞生物学的特征。另外，不不变的胞外聚合物会侵害厌氧氨氧化进程的不变性。

总之，发生的胞外聚合物中的磷决议了厌氧氨氧化颗粒的沉降速度，是以是浮选的决议性身分。

滚水中纳米粒子的影响

凡是，纳米粒子的利用已知对分歧微生物的微生物活性具有刺激和按捺感化。CuNPs对厌氧氨氧化细菌是有毒的，但是，这类毒性能够经由过程添加乙二胺四乙酸消弭。在肯定各类纳米颗粒(CuNPs、CuONPs、ZnONPs和AgNPs)对絮凝物和颗粒情势的厌氧氨氧化细菌的毒性影响的尝试中，得出的结论是，厌氧氨氧化颗粒分歧在絮凝物，因为其多层布局，能够庇护其免受纳米颗粒的毒性影响。

颗粒厌氧氨氧化污泥的利用

在曩昔的二十年里，年夜量的部门硝化氨氧化(PN/AMX)系统设置装备摆设已转化为全范围的工场，中国、欧洲和北美是今朝利用的首要国度之一。

厌氧氨氧化的颗粒化是将生物量保存在厌氧氨氧化反映器中的一种方式。迄今为止，厌氧氨氧化颗粒处置富氨废水的利用在尝试室范围、中试范围和全范围各级都获得了成功。2002年在荷兰鹿特丹成功启动了第一个全尺寸AnGs。

厌氧氨氧化制粒的局限性

漂浮

这类现象在厌氧氨氧化颗粒污泥系统中很常见，由于高负荷率会致使颗粒掉去不变性。是以，较高的加载速度致使氮气产量增添和水动力前提增添，是厌氧氨氧化颗粒漂浮的可能缘由。但是，按照Yoda等，漂浮多是颗粒内部构成气穴的成果，机器破裂是抵消它的有用手段。在厌氧氨氧化颗粒中构成气穴，气穴膨胀致使颗粒漂浮，这很轻易致使生物量流掉，从而使系统机能降至最低。另外，较年夜的颗粒尺寸答应在颗粒中构成死区，这可能致使污泥漂浮。是以，下降了非离子概况活性剂和污染物之间的传质效力。

厌氧氨氧化颗粒的贮存不变性

经由过程按期添加养分物，能够在室温下贮存厌氧氨氧化污泥。固然有相当多的厌氧氨氧化污泥贮存方式，但斟酌到冷冻庇护剂的利用在其他并发症中很是高贵，需要设想新的替换方式。

对重金属的敏感性

重金属对细菌发展相当主要，但假如过量利用，它们会发生生物毒性，从而影响细菌的特定形态、反映性和沉降性。Fe2+、Zn2+、Cu2+的浓度跨越必然值时会强烈按捺厌氧氨氧化活性。电镜不雅察注解，Cu2+可引诱EPS排泄，引发细胞膜毁伤。是以，分歧的重金属在分歧水平上按捺了神经胶质细胞的构成。

AnGS系统的将来趋向和瞻望

AnGS系统能够说是去除氮废水的最好手段，但仍有相当多的问题需要处理。厌氧氨氧化系统的将来前景能够集中在(I)开辟一种用在监测厌氧氨氧化系统内微生物群落的可见唆使器，由于它们是该进程的首要进献者，(ii)基在颗粒的PD/A系统，(iii)理解颗粒漂浮机制，由于它依然是厌氧氨氧化系统的首要问题，(iv)经由过程份子阐发深切理解厌氧氨氧化系统的基质布局，(v)周全研究生物颗粒构成模子的厌氧氨氧化颗粒化机制并辨别它们，(vi)厌氧氨氧化系统组分的具体表征，和盐度对AnGS进程和厌氧氨氧化细菌顺应的影响。

年夜大都综述文章强调了分歧反映器布局中厌氧氨氧化污泥絮体颗粒化的影响身分和其性质，但对厌氧氨氧化系统的局限性领会甚少。是以，这篇综述文章将作为一个框架，用在理解AnGs生物颗粒构成进程中所触及的进程和它所带来的错误谬误。

结论

泡沫、结垢和漂浮已被肯定为AnGs中的首要问题。利用高NLR可能致使颗粒漂浮，进而致使系统不不变乃至解体。虽然经由过程从流入的磷酸盐和钙阳离子中沉淀矿物资能够显著提高颗粒的密度，但倒霉的是这致使挥发性悬浮固体(VSS)削减为悬浮固体(SS)。还需要更多的研究来处理厌氧氨氧化颗粒的PN/PS比问题(很多矛盾的陈述)。应进一步研究纳米粒子的潜伏情况利用，并肯定其对废水处置进程(厌氧氨氧化活性)的影响。要搜集的消息将极年夜地有助在优化厌氧氨氧化工艺。一样，从利用尝试室范围的研究反映器转向处置和阐发现实废水，如制药废水，垃圾渗滤液将有助在更好地舆解厌氧氨氧化进程的内部工作。

原文消息：Adams M, Xie J, Kabore A J, et al. Research advances in anammox granular sludge: A review[J]. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 2020: 1-44.

翻译：赖竹林/张龙龙

图片来历：pixabay

排版：西贝

校订：王佳