污水处理技术之Anammox厌氧氨氧化+MBR膜生物反应器1+12？

IWA公众的许多文章都提到厌氧氨氧化菌在污水脱氮中的优势。然而，厌氧氨氧化菌的生长速度很慢(世代倍增时间一般为15-30天)。如何实现厌氧氨氧化快速的启动，并在反应器中富集和保留厌氧氨氧化细菌快速是系统成功运行的关键因素之一。膜生物反应器在分离水力停留时间和SRT方面具有天然优势。荷兰和罗马尼亚团队利用膜生物反应器富集培养厌氧氨氧化细菌，其设计为以后的相关研究提供了参考。

MBR反应器由荷兰和罗马尼亚研究团队设计，用于厌氧氨氧化细菌的富集和培养。欲了解更多信息，请参考文章膜生物反应器:A作为游离细胞培养混合氧化物细菌的新工具。此外，大连理工大学和哈尔滨工业大学的团队也对厌氧氨氧化细菌的富集培养进行了大量的研究。可参考其已发表的文章《生物反应器与序批式反应器在厌氧氨氧化启动过程中的比较来自公约活性污泥》在以往研究的基础上，日本名古屋大学的一个科研团队(Takanori Awata等人)对生物反应器与厌氧氨氧化的结合进行了更深入的探索。他们在2015年发表了一篇名为《水科学技术》的文章，希望通过实验验证厌氧氨氧化菌是否能在低温下保持活性，以及膜生物反应器是否能有效保留生物质。

实验背景

温度是影响厌氧氨氧化反应性能的关键因素之一。厌氧氨氧化细菌是一类细菌的总称。许多研究者对不同种类厌氧氨氧化细菌的生理特性进行了相关研究。例如，研究发现，氧化铁皮石斛、口吃铁皮石斛和铁皮石斛的理想温度分别为20-43℃、25-37℃和25-45℃。

在实际工程应用中，一些研究人员研究了厌氧氨氧化细菌在低温环境中的性能，但他们的结论并不一致:一些研究表明厌氧氨氧化细菌能够适应低温，而另一些研究表明低温会由于亚硝酸盐氮富集引起的毒性而对细菌产生不可逆的抑制作用。还有研究表明，虽然总的来说脱氮率仍能达到标准，但当温度下降时，脱氮率将达到降低。此外，一些研究人员研究了来自海洋的厌氧氨氧化细菌，并表示每种细菌都有自己内部z适宜的温度，而这些海洋厌氧氨氧化细菌似乎比淡水细菌更喜欢相对较低的温度。

在这种背景下，日本名古屋大学的科研团队决定结合温度敏感性和膜生物反应器(MBR)进行实验，探索厌氧氨氧化细菌是否能在低温下保持良好的活性而不损失。由

实验方法

温度是影响厌氧氨氧化反应性能的关键因素之一。厌氧氨氧化细菌是一类细菌的总称。许多研究者对不同种类厌氧氨氧化细菌的生理特性进行了相关研究。例如，研究发现，氧化铁皮石斛、口吃铁皮石斛和铁皮石斛的理想温度分别为20-43℃、25-37℃和25-45℃。

研究人员每月清洗一次薄膜。接种污泥取自上流式反应器，其中以“中华念珠菌”为优势菌株。每两周去除一次生物质，以保持MLSS浓度在8000毫克/升，SRT浓度在88天左右。

温度变化设置在下表中，在35℃和15℃之间切换，共六个阶段。在15℃时，研究人员将使用降低硝酸盐氮浓度来防止其抑制厌氧氨氧化活性。此外，他们还向反应器中加入氮气(600毫升/分钟)并使其循环，并将酸碱度控制在6.5至7.5之间。

实验结果

温度是影响厌氧氨氧化反应性能的关键因素之一。厌氧氨氧化细菌是一类细菌的总称。许多研究者对不同种类厌氧氨氧化细菌的生理特性进行了相关研究。例如，研究发现，氧化铁皮石斛、口吃铁皮石斛和铁皮石斛的理想温度分别为20-43℃、25-37℃和25-45℃。

上图显示研究人员选择的菌株不能在短时间内适应温度的快速变化，但这也不同于一些文献中得出的结论，即低温会对厌氧氨氧化细菌造成不可逆的损伤

研究人员还提到了实验本身的一些局限性，例如切换时间短。他们认为本实验中使用的厌氧氨氧化细菌需要较长的过渡时间来适应温度变化，其他细菌在测试时可能会得到不同的结果，所以他们也考虑在这一点上做一个对照实验。

另一方面，研究人员使用荧光原位杂交(FISH)和16S-rRNA分子生物学方法进行分析份样品。结果表明，厌氧氨氧化细菌群落的主要种群没有随着温度的变化而发生显著变化，这是因为厌氧氨氧化生物量可以完全保留在膜生物反应器中。

35℃(a)和15℃(b)温度条件下的厌氧氨氧化细菌生物量FISH图(右下角尺寸为10 μm)

结论展望

虽然实验中选择的厌氧氨氧化细菌不能适应温度急剧下降的环境，但在回到理想温度后，它可以在快速恢复活性，这也是本研究的一大亮点。未来，名古屋大学的研究人员将考虑使用降温的方法进行进一步的实验，以验证厌氧氨氧化菌的数量和种群组成在相对长期的运行环境中是否会发生变化。