污水處理技術之Anammox厭氧氨氧化+MBR膜生物反應器1+12？

IWA公眾的許多文章都提到厭氧氨氧化菌在污水脫氮中的優勢。然而，厭氧氨氧化菌的生長速度很慢(世代倍增時間一般為15-30天)。如何實現厭氧氨氧化快速的啟動，并在反應器中富集和保留厭氧氨氧化細菌快速是系統成功運行的關鍵因素之一。膜生物反應器在分離水力停留時間和SRT方面具有天然優勢。荷蘭和羅馬尼亞團隊利用膜生物反應器富集培養厭氧氨氧化細菌，其設計為以后的相關研究提供了參考。

MBR反應器由荷蘭和羅馬尼亞研究團隊設計，用于厭氧氨氧化細菌的富集和培養。欲了解更多信息，請參考文章膜生物反應器:A作為游離細胞培養混合氧化物細菌的新工具。此外，大連理工大學和哈爾濱工業大學的團隊也對厭氧氨氧化細菌的富集培養進行了大量的研究。可參考其已發表的文章《生物反應器與序批式反應器在厭氧氨氧化啟動過程中的比較來自公約活性污泥》在以往研究的基礎上，日本名古屋大學的一個科研團隊(Takanori Awata等人)對生物反應器與厭氧氨氧化的結合進行了更深入的探索。他們在2015年發表了一篇名為《水科學技術》的文章，希望通過實驗驗證厭氧氨氧化菌是否能在低溫下保持活性，以及膜生物反應器是否能有效保留生物質。

實驗背景

溫度是影響厭氧氨氧化反應性能的關鍵因素之一。厭氧氨氧化細菌是一類細菌的總稱。許多研究者對不同種類厭氧氨氧化細菌的生理特性進行了相關研究。例如，研究發現，氧化鐵皮石斛、口吃鐵皮石斛和鐵皮石斛的理想溫度分別為20-43℃、25-37℃和25-45℃。

在實際工程應用中，一些研究人員研究了厭氧氨氧化細菌在低溫環境中的性能，但他們的結論并不一致:一些研究表明厭氧氨氧化細菌能夠適應低溫，而另一些研究表明低溫會由于亞硝酸鹽氮富集引起的毒性而對細菌產生不可逆的抑制作用。還有研究表明，雖然總的來說脫氮率仍能達到標準，但當溫度下降時，脫氮率將達到降低。此外，一些研究人員研究了來自海洋的厭氧氨氧化細菌，并表示每種細菌都有自己內部z適宜的溫度，而這些海洋厭氧氨氧化細菌似乎比淡水細菌更喜歡相對較低的溫度。

在這種背景下，日本名古屋大學的科研團隊決定結合溫度敏感性和膜生物反應器(MBR)進行實驗，探索厭氧氨氧化細菌是否能在低溫下保持良好的活性而不損失。由

實驗方法

溫度是影響厭氧氨氧化反應性能的關鍵因素之一。厭氧氨氧化細菌是一類細菌的總稱。許多研究者對不同種類厭氧氨氧化細菌的生理特性進行了相關研究。例如，研究發現，氧化鐵皮石斛、口吃鐵皮石斛和鐵皮石斛的理想溫度分別為20-43℃、25-37℃和25-45℃。

研究人員每月清洗一次薄膜。接種污泥取自上流式反應器，其中以“中華念珠菌”為優勢菌株。每兩周去除一次生物質，以保持MLSS濃度在8000毫克/升，SRT濃度在88天左右。

溫度變化設置在下表中，在35℃和15℃之間切換，共六個階段。在15℃時，研究人員將使用降低硝酸鹽氮濃度來防止其抑制厭氧氨氧化活性。此外，他們還向反應器中加入氮氣(600毫升/分鐘)并使其循環，并將酸堿度控制在6.5至7.5之間。

實驗結果

溫度是影響厭氧氨氧化反應性能的關鍵因素之一。厭氧氨氧化細菌是一類細菌的總稱。許多研究者對不同種類厭氧氨氧化細菌的生理特性進行了相關研究。例如，研究發現，氧化鐵皮石斛、口吃鐵皮石斛和鐵皮石斛的理想溫度分別為20-43℃、25-37℃和25-45℃。

上圖顯示研究人員選擇的菌株不能在短時間內適應溫度的快速變化，但這也不同于一些文獻中得出的結論，即低溫會對厭氧氨氧化細菌造成不可逆的損傷

研究人員還提到了實驗本身的一些局限性，例如切換時間短。他們認為本實驗中使用的厭氧氨氧化細菌需要較長的過渡時間來適應溫度變化，其他細菌在測試時可能會得到不同的結果，所以他們也考慮在這一點上做一個對照實驗。

另一方面，研究人員使用熒光原位雜交(FISH)和16S-rRNA分子生物學方法進行分析份樣品。結果表明，厭氧氨氧化細菌群落的主要種群沒有隨著溫度的變化而發生顯著變化，這是因為厭氧氨氧化生物量可以完全保留在膜生物反應器中。

35℃(a)和15℃(b)溫度條件下的厭氧氨氧化細菌生物量FISH圖(右下角尺寸為10 μm)

結論展望

雖然實驗中選擇的厭氧氨氧化細菌不能適應溫度急劇下降的環境，但在回到理想溫度后，它可以在快速恢復活性，這也是本研究的一大亮點。未來，名古屋大學的研究人員將考慮使用降溫的方法進行進一步的實驗，以驗證厭氧氨氧化菌的數量和種群組成在相對長期的運行環境中是否會發生變化。