污水生物脱氮最新研究进展
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图 1 基于好氧氨氧化和厌氧氨氧化过程驱动的氮循环简图
氨的氧化是氮循环中重要的一个环节，主要可分为好氧氨氧化和厌氧氨氧化。承担氨氧化的微生物根据是否以氧气作为电子受体可分为两大类，其中好氧氨氧化微生物主要有氨氧化细菌AOB，氨氧化古菌AOA，全程硝化菌Comammox，厌氧氨氧化微生物主要有厌氧氨氧化细菌AnAOB，他们广泛分布在自然界及人工系统中，包括河流、湖泊、海洋、土壤以及污水处理系统中，对于氮循环起到了非常重要的作用。作为人工强化系统，污水处理系统具有去除有机物、脱氮除磷的功能，起到保护水环境，防止水体恶臭及富营养化等重要作用。
氨氧化微生物在污水处理系统中广泛存在，并起到氨氮去除的主要作用。氨氧化微生物执行的好氧氨氧化过程也是硝化作用的第一步，对于污水脱氮至关重要，可以通过硝化反硝化、短程硝化反硝化、短程硝化-反硝化除磷等工艺途径实现脱氮。
厌氧氨氧化脱氮途径根据亚硝的来源不同主要分为短程硝化耦合厌氧氨氧化、短程反硝化-厌氧氨氧化两种途径。厌氧氨氧化已经被成功应用于高氨氮废水脱氮，同时在市政污水厂中也被检测到厌氧氨氧化菌存在较高丰度，是污水处理碳中和、能量中和最具前景的实现技术。
AOB在属水平上主要包括隶属于 Betaproteobacteria 菌门的 Nitrosospira, Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosolobus 和 Nitrosovibrio 等菌属，以及隶属于 Gammaproteobacteria 菌门的 Nitrosococcus 菌属。
AOA在属水平上包括 Nitrosopumilus maritimus, Nitrosopumilus maritimus SCM1, Nitrososphaera gargensis, Cenarchaeum symbiosum, Nitrososphaera gargensis, Cenarchaeum symbiosum 和 Nitrosocaldus yellowstonii 等菌属。
Comammox 主要包括 Candidatus Nitrospira nitrosa 和 Candidatus Nitrospira nitrificans 等。
AnAOB在属水平上主要包括 Candidatus kuenenia, Candidatus scalindua, Candidatus brocadia, Candidatus jettenia, anammoxoglobus, Brasilis anammoximicrobium 等。
不同的氨氧化微生物具有不同的生理代谢特性，代谢活性受到不同生态因子的影响作用，在不同的工艺配置中具有不同的群落结构，本论文总结了氨氧化微生物的生理代谢特性及影响因素，在污水处理系统中的氨氮去除性能及种群结构。
图 1 好氧氨氧化和厌氧氨氧化过程涉及的功能微生物及酶示意图
对未来的工艺研究及工程应用进行了展望，包括Nitrification/denitrification ，Nitritation/denitrification ，Nitritation/anamox，partial denitrification/anammox 等工艺。
本论文获得国家自然科学基金和山东省自然科学资金资助。
Zhao, W., Bi, X., Bai, M. et al. Research advances of ammonia oxidation microorganisms in wastewater: metabolic characteristics, microbial community, influencing factors and process applications. Bioprocess Biosyst Eng 46 , 621–633 (2023).
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