[發明專利]一種快速啟動厭氧氨氧化反應的方法

無效

• 申請號: 201210016244.X
• 申請日: 2012-01-19
• 公開（公告）號: CN102583727A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 阮文權;趙明星;李媛
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 王秀麗

技術領域

本發明涉及一種快速啟動厭氧氨氧化反應的方法，屬于水污染控制、環保凈化處理技術領域。

背景技術

根據2005、2006、2007年連續三年的中國環境質量公報:氨氮是我國七大水系及主要湖泊、城市內湖等的主要污染物質之一。水體氮素污染最主要的是引起藻類的過度繁殖，導致水體富營養化。還會引起生態以及健康方面的有害影響，最直接的影響是氨對水生生物的毒害。同時也嚴重威脅人類的健康。目前高氮廢水的處理還沒有既經濟又有效的處理方法，因此，脫氮技術便成為水污染治理技術和改善水環境質量研究的重要課題:尋求一種經濟有效去除水中的氮的生物脫氮工藝對解決我國水環境污染有著重要的意義。

厭氧氨氧化（Anaerobic?Ammonium?Oxidation,?ANAMMOX）是指在厭氧條件下，微生物以亞硝酸鹽氮為電子受體，氨氮為電子供體發生反應生成氮氣的過程。厭氧氨氧化無需外加碳源，減少能耗和節省中和試劑，厭氧氨氧化反應脫氮效率高。對于C/N比低，可生化性差的廢水如垃圾滲濾液等，厭氧氨氧化技術具有良好的開發應用前景。

人類歷史上首次關于ANAMMOX現象的報道可以追溯到公元19世紀70年代，這也是人類歷史上最早期的ANAMMOX基礎理論研究。1977年，根據化學反應自由能和熱力學焓變的計算，奧地利化學家Broda預言了氨和亞硝酸鹽在厭氧條件下經微生物催化作用后生成N2的可行性，并在國際雜志Microbiology上發表了題為《自然界中兩種遺失的兩種礦質營養菌》一文。但是，這一理論在相當長的一段時間內缺乏實驗現象的佐證。

直到20世紀90年代中期，Mulder等人才在荷蘭Delft大學微生物技術實驗室的廢水處理系統中發現了氨和亞硝酸鹽同時遺失的現象。根據Broda的假設，氨氮在厭氧條件下最終轉化為N2。Van?de?Graaf等人采用同位素示蹤技術，把15N加標記的氨氮投加到反應器中，以驗證N2是否是由這些氨氮所產生。實驗最終觀察到了混合標記的14.15N2，佐證了Broda關于ANAMMOX現象的假說。在厭氧條件下氨氮作為電子供體能使亞硝酸鹽反硝化，這個過程被定義為厭氧氨氧化(Anoxic?AMMonium?OXidizing，ANAMMOX)。這是人類歷史上最早期的顯現ANAMMOX跡象的廢水處理系統，相關研究成果發表在國際雜志FEMS?Microbiological?Ecology上。

從厭氧氨氧化純培物中抽提DNA，進行聚合酶鏈式擴增反應、DNA測序和系統發育分析，研究者們最終能表明這種微生物是浮霉狀菌綱(Planctomycetales)中的一種。Strous?等人在研究報告中指出，ANAMMOX細菌是嚴格的化能自養厭氧細菌，生長條件嚴格，倍增速率慢(11~21天)，且高細胞濃度時才具有活性。這一方面解釋了研究者們無法用傳統分離培養方法得到純培物的原因，另一方面也預示著基于ANAMMOX的研究將會面臨著常規微生物研究所無法比擬的困難。隨后，ANAMMOX細菌的生理學特性包括細胞色素c在468nm處特征吸收峰，細胞膜梯度脂以及厭氧氨氧化小體(anammoxsome)陸續被研究者們所報道并被認為是ANAMMOX細菌的三個基本特性。

典型的ANAMMOX細菌為革蘭氏陰性球菌細胞形態不規則多呈彎月狀，世代時間10-30天。它們是厭氧化能自養型微生物。ANAMMOX細菌細胞壁中缺乏肽聚糖，具有蛋白質的S層，細胞壁上存在漏斗狀結構。和所有已知的原核細菌細胞不同，浮霉狀菌綱中細菌的細胞結構很獨特，包含一個膜包圍的亞細胞空間。掃描電鏡觀察結果也證實了ANAMMOX細菌有一個獨特的膜包圍區域，被命名為anammoxsome。Jos?Schalk等人發現了此區域內包含大量的羥氨氧還酶(HAO)，即在催化NH2OH氧化到N2過程中所需要的酶。HAO能氧化NH2OH和聯氨，在電子傳遞過程中每個縮合物包含24個細胞色素c單位。ANAMMOX細菌的細胞質被anammoxsome分為3個部分:外部區域(細胞壁(cell?wall),?細胞質膜(cytoplasmic?membrane)，pp質(paryphoplasm)，細胞內質膜(intracytoplasmic?membrane)。②核糖質(riboplasm)。③厭氧氨氧化體膜(anmmoxosome?membrane)，厭氧氨氧化小體(anammoxosome)，類核(nucleoid)。?