反硝化細(xì)菌在污水處理中的應(yīng)用

反硝化細(xì)菌

反硝化細(xì)菌是一類(lèi)將硝態(tài)氮NO3-還原成氣態(tài)氮N2的細(xì)菌群，他們分散于10個(gè)不同的細(xì)菌科中。據(jù)報(bào)道，50屬以上的微生物可以進(jìn)行反硝化作用，最為普遍的是假單胞桿菌屬，其次為產(chǎn)堿桿菌屬。

反硝化細(xì)菌的反硝化作用分為4步進(jìn)行，即NO3-→NO2-→NO→N2O→N2，分別有NO3-還原酶，NO2-還原酶，NO還原酶，N2O還原酶催化完成。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，反硝化作用需要再缺氧條件下進(jìn)行，當(dāng)O2和NO3-同時(shí)存在時(shí)，它會(huì)優(yōu)先利用O2作為最終電子受體，只有溶解氧接近0時(shí)，才開(kāi)始反硝化作用。然而20世紀(jì)80年代，Robertson等報(bào)道了好氧反硝化細(xì)菌和好氧反硝化酶系，國(guó)外已經(jīng)被報(bào)道的好氧反硝化細(xì)菌有Paracoccus pantotropha， Pseudomonas spp，Alcaligenes faecalis，Thiosphaera pantotropha和Microvirgula aerodenitrificans等。

1分類(lèi)

反硝化細(xì)菌分為異養(yǎng)厭氧反硝化細(xì)菌、異養(yǎng)好氧反硝化細(xì)菌和自養(yǎng)反硝化細(xì)菌。

異養(yǎng)厭氧反硝化細(xì)菌是目前生物脫氮過(guò)程中使用最普遍的一類(lèi)菌。它完成反硝化作用是在厭氧或缺氧條件下進(jìn)行，它把NO3- 和NO2- 轉(zhuǎn)化為N2的過(guò)程中不需要O2，但需要有機(jī)碳作為碳源和電子供體。

異養(yǎng)好氧反硝化細(xì)菌在反硝化的過(guò)程中，既需要O2也需要有機(jī)碳源。這樣便可將好氧反硝化細(xì)菌同硝化細(xì)菌混合培養(yǎng)，可在同一反應(yīng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)硝化-反硝化過(guò)程，這樣硝化反應(yīng)產(chǎn)生的NH4+直接成為了反硝化反應(yīng)的底物，避免了硝化反應(yīng)過(guò)程中NO3- 的積累對(duì)硝化反應(yīng)的抑制，加速了硝化反應(yīng)的過(guò)程，而且反硝化反應(yīng)釋放出的OH-可部分抵償硝化反應(yīng)消耗的堿，能使系統(tǒng)pH相對(duì)穩(wěn)定。硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)同系統(tǒng)運(yùn)行，不僅可以簡(jiǎn)化操作步驟還可大大降低投資費(fèi)用和系統(tǒng)運(yùn)行成本。

自養(yǎng)反硝化細(xì)菌的反硝化過(guò)程利用無(wú)機(jī)碳（CO2、HCO3-等）作為他們的碳源，不需要額外添加有機(jī)碳源，如Thiobacillusdenitrificans（脫氮硫桿菌）。

2 影響反硝化作用的因素

2.1碳氮比

在不同碳氮比條件下，其反硝化能力并不相同。當(dāng)C/N>5時(shí)，脫氮率一般能達(dá)到90%以上。然而不同的反硝化細(xì)菌在起反硝化作用時(shí)，要求的最佳碳氮比并不相同。

2.2溫度

溫度對(duì)反硝化細(xì)菌反硝化速率的影響很大，反硝化細(xì)菌的最適溫度在30℃左右，低于5℃或高于40℃，反硝化作用非常緩慢。

2.3 pH值

pH值會(huì)顯著影響反硝化過(guò)程中酶的活性，從而影響反硝化速率。反硝化最適的pH值為7.5，在pH 7.0-8.0范圍內(nèi)，兩者反硝化速率差異不大。pH值低于7.0或高于8.0均不利于反硝化作用的進(jìn)行。

2.4溶解氧DO

DO濃度低于1mg/L時(shí)，反硝化細(xì)菌具有反硝化活性，但也有個(gè)別菌種如Pseudomonas sp的DO耐受性強(qiáng)，在DO濃度為2mg/L時(shí)仍具有活性。一般情況，在DO濃度為0.5mg/L時(shí)，反硝化速率最強(qiáng)。（適用于應(yīng)用最廣的異養(yǎng)厭氧反硝化細(xì)菌）

3 反硝化細(xì)菌在污水處理中的應(yīng)用

反硝化細(xì)菌以異養(yǎng)厭氧應(yīng)用最為廣泛，該類(lèi)反硝化細(xì)菌在污水處理過(guò)程中起到十分重要的作用。微生物反硝化過(guò)程是一種經(jīng)濟(jì)有效的硝酸鹽去除方法，他可使NO3-逐步還原為NO2-,NO,N2O和N2,從而達(dá)到脫氮的目的。

3.1異養(yǎng)厭氧反硝化細(xì)菌在A/O工藝中的應(yīng)用

A/O工藝也叫厭氧好氧工藝法，A（Anacrobic）是厭氧段，用于脫氮和除磷；O（Oxic）是好氧段，用于除水中的有機(jī)物。污水在好氧池中進(jìn)行硝化，使含氮有機(jī)物被分解成氨，然后在亞硝化細(xì)菌的作用下，氨進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸態(tài)氮，再經(jīng)過(guò)硝化細(xì)菌的作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。硝酸鹽進(jìn)入缺氧池中，異養(yǎng)厭氧反硝化細(xì)菌利用有機(jī)碳源作為電子供體，以硝酸鹽代替分子氧作為電子受體，進(jìn)行無(wú)氧呼吸，分解有機(jī)質(zhì)，同時(shí)將硝酸鹽還原為氮?dú)?，從而達(dá)到生物脫氮的目的。

3.2好氧反硝化細(xì)菌的應(yīng)用

好氧反硝化細(xì)菌可以使硝化作用和反硝化作用同時(shí)在好氧池中完成，一方面可以使硝化作用的產(chǎn)物直接成為反硝化反應(yīng)的底物，避免了NO3-的積累對(duì)硝化反應(yīng)的抑制，加速了硝化反應(yīng)的過(guò)程；另一方面反硝化作用產(chǎn)生的OH-可部分補(bǔ)償硝化反應(yīng)所消耗的堿，維持系統(tǒng)pH的穩(wěn)定。另外，硝化和反硝化作用在同一條件和同一系統(tǒng)中進(jìn)行，可簡(jiǎn)化操作難度，大大降低投資成本和運(yùn)行成本。

3.3自養(yǎng)反硝化的應(yīng)用

自養(yǎng)反硝化作用可利用無(wú)機(jī)碳化合物（如CO2、HCO3-）作為它們的碳源。因此不需要異養(yǎng)反硝化過(guò)程中必須的有機(jī)碳源，這一方面可以節(jié)省有機(jī)碳源的投放成本，另一方面可以減少污泥的產(chǎn)生量，將污泥處理量降到最小。

小結(jié)

異養(yǎng)反硝化細(xì)菌能夠把污水中的硝酸鹽轉(zhuǎn)換為氮?dú)忉尫懦鰜?lái)這在污水處理系統(tǒng)中是十分重要的，其在A/O工藝、SBR和氧化溝工藝中已得到廣泛應(yīng)用。

自養(yǎng)反硝化細(xì)菌（如脫氮硫桿菌）的發(fā)現(xiàn)和利用解決了異養(yǎng)反硝化細(xì)菌對(duì)有機(jī)碳源的需求問(wèn)題，它不需要有機(jī)物作為碳源，僅有無(wú)機(jī)鹽的存在就可以完成反硝化作用。脫氮硫桿菌在把硫或硫化物氧化為硫酸鹽的同時(shí)，將硝酸鹽還原為氮?dú)?。自養(yǎng)反硝化細(xì)菌為污水處理開(kāi)辟了一條新的捷徑，相信它將具有更為廣闊的前景