厌氧氨氧化的简介课件.ppt

厌氧氨氧化（厌氧氨氧化（Anammox）v厌氧氨氧化的发现与发展厌氧氨氧化的发现与发展v厌氧氨氧化菌的介绍厌氧氨氧化菌的介绍v厌氧氨氧化的反应机理厌氧氨氧化的反应机理v厌氧氨氧化的工程应用厌氧氨氧化的工程应用2022/7/20Anammox 的发现与发展1977年年，Broda根根据据自自由由能能的的变变化化，预预言言自自然然界界中中存存在在着着能能催催化化亚亚硝硝酸酸和硝酸氧化氨的细菌和硝酸氧化氨的细菌，认为它们是隐藏于自然界的自养型细菌认为它们是隐藏于自然界的自养型细菌1995年年，Mulder和和Kuene等等用用流流化化床床反反应应器器研研究究生生物物反反硝硝化化时时，发发现现了了氨氮的厌氧生物氧化现象氨氮的厌氧生物氧化现象，从而证实了，从而证实了Broda的预言1998年年，荷荷兰兰Paques公公司司和和代代尔尔夫夫特特理理工工大大学学（TU Delft）于于首首次次发发展展了了厌氧氨氧化反应器厌氧氨氧化反应器2002年年，世世界界第第一一座座Anammox工工业业化化生生产产反反应应器器在在荷荷兰兰鹿鹿特特丹丹污污水水处处理理厂投入运行厂投入运行2006年，年，Strous等人完成对厌氧氨氧化菌的等人完成对厌氧氨氧化菌的宏基因组测序宏基因组测序2022/7/20高等微生物高等微生物Anammox细菌的特征：细菌的特征：1个体形态特征：个体形态特征：厌厌氧氧氨氨氧氧化化菌菌形形态态多多样样,呈呈球球形形、卵卵形形等等，直直径径0.8-0.8-1.1m1.1m。

厌厌氧氧氨氨氧氧化化菌菌是是革革兰兰氏氏阴阴性性菌菌细细胞胞外外无无荚荚膜细细胞胞壁壁表表面面有有火火山山口口状状结结构构，少少数数有有菌菌毛毛细细胞内分隔胞内分隔 成成3 3部部分分：厌厌氧氧氨氨氧氧化化体体(anammoxosome)(anammoxosome)、核核糖糖细胞质细胞质(riboplasm)(riboplasm)及及外室细胞质外室细胞质(paryphoplasm)(paryphoplasm)1生理生化特征：生理生化特征：厌厌氧氧氨氨氧氧化化菌菌为为化化能能自自养养型型细细菌菌,以以二二氧氧化化碳碳作作为为唯唯一一碳碳源源，通通过过将将亚亚硝硝酸酸氧氧化化成成硝硝酸酸来来获获得得能能量量，对对氧氧敏敏感2022/7/20高等微生物高等微生物三、特殊的细胞膜特殊的细胞膜其其生生物物膜膜的的脂脂质质由由五五个个碳碳环环融融合合在在一一起起形形成成一一个个密密集集的的阶阶梯梯这这种种“梯梯形形烷烷”脂脂质质是是独独特特的的，这这种种结结构构使使得得该该膜膜非非常常致致密密，所所以以能能够够阻阻止止联联氨氨泄泄漏漏到到细细胞胞其其余余地地 方方目目 前前 Elias Elias CoreyCorey已已经经在在实实验验室室构构造出该脂质的结构。

造出该脂质的结构2022/7/20高等微生物高等微生物Anammox 的反应机理1反应方程式其中包括了分解代谢，合成代谢1.分解代谢：2.合成代谢：其中NO2-具有双重作用，一是作为厌氧氨氧化反应的电子受体；二是作为无机碳源固定的电子供体2022/7/20高等微生物高等微生物二、厌氧氨氧化的代谢过程1、1997年，Van de Graaf 等通过15N 标记实验发现：厌氧氨氧化是以NO2-而不是NO3-为电子受体羟胺和联氨ANAMMOX反应的重要代谢中间产物，羟胺可能来自NO2-，联氨转化为N2的过程被假定为给NO2-还原成羟胺提供电子而且有少量的NO2-转化为NO3-，可能是为了给厌氧氨化菌固定碳提供电子2022/7/20高等微生物高等微生物NiR：亚硝酸还原酶：亚硝酸还原酶Cyt C:细胞色素细胞色素C氧化酶氧化酶HZO：可以催化氧化联氨的一种酶，：可以催化氧化联氨的一种酶，它可以与羟胺结合，但不会它可以与羟胺结合，但不会对它进行催化氧化对它进行催化氧化HH：联氨水解酶：联氨水解酶2022/7/20高等微生物高等微生物 2、2006年年，Strous通通过过对对厌厌氧氧氨氨氧氧化化菌菌的的宏宏基基因因组组图图谱谱分分析析提出了氮元素的转化过程主要分三步：提出了氮元素的转化过程主要分三步：Nir：亚硝酸还原酶：亚硝酸还原酶HZS：联氨合成酶：联氨合成酶 HDH：联氨水解酶联氨水解酶2022/7/20高等微生物高等微生物过程分析：从厌氧氨氧化菌中分离获得的HAO它不能将羟氨转化成亚硝酸，只能将其转化成NO或N20.该酶可以催化氧化联氨，但对羟氨的亲和力更强。

补充说明：在联氨氧化成氮气的过程中,可产生4个电子,这4个电子通过细胞色素c、泛醌、细胞色素bc1复合体以及其他细胞色素c传递给NiR和HH,其中3个电子传递给NiR,1个电子传递给HH.伴随电子传递,质子被排放至厌氧氨氧化体膜外侧,在该膜两侧形成质子梯度,驱动ATP合成2022/7/20高等微生物高等微生物3、比较分析1）、厌氧氨氧化过程中亚硝酸盐确实变成了NO2）、与之前科学家们猜测的NO2-被还原成NH2OH极大地不同更令人惊讶的是，经过大量的试验证实，厌氧氨氧化菌内根本不存在羟氨合成酶3）、根据宏基因组测序，厌氧氨氧化菌还存在一种特殊的酶（Kustc1061），它能将 NH2OH 氧化成 NO，这就解释了为什么 NH2OH 也能促进厌氧氨氧化反应的试验现象2022/7/20高等微生物高等微生物Anammox 的影响因素的影响因素影响影响因素因素pH泥龄（越长越好）泥龄（越长越好）氧氧温度（温度（3035）超过超过45会不可逆失活会不可逆失活基质浓度基质浓度有抑制作用，微氧条件有抑制作用，微氧条件(0.5%空气饱和度空气饱和度)可完可完全抑制，全抑制，但该抑制作用是但该抑制作用是可逆的；可逆的；大于大于18%空气饱空气饱和度和度，菌群不可恢复。

菌群不可恢复承受限度（承受限度（6.78.3）影响基质的有效性影响基质的有效性亚硝酸盐是一种的毒性基质，一亚硝酸盐是一种的毒性基质，一旦浓度过高，会对厌氧氨氧化菌旦浓度过高，会对厌氧氨氧化菌产生明显的抑制作用产生明显的抑制作用；氨浓度和氨浓度和硝酸盐浓度低于硝酸盐浓度低于1000 mg/L2022/7/20高等微生物高等微生物Anammox的工程应用Sharon-Anammox工工艺艺是是一一种种将将短短程程硝硝化化和和厌厌氧氧氨氨氧氧化化联联合合的的脱脱氮氮工工艺艺（荷荷兰兰Delft大大学学2001年年开开发发的）CANON工工艺艺是是一一种种在在同同一一个个反反应应器器内内实实现现亚亚硝硝化化和和厌厌氧氧氨氨氧氧化化的的脱脱氮氮工工艺艺（荷荷兰兰Delft大大学学2001年年开开发的）2022/7/20高等微生物高等微生物Sharon-Anammox工艺工艺1基本原理 在在两两个个反反应应器器内内，先先在在一一个个反反应应器器内内有有氧氧条条件件下下，利利用用氨氨氧氧化化细细菌菌将将NH4+氧氧化化生生成成NO2-；然然后后在在另另一一个个反反应应器器缺缺氧氧条条件件下下，以以NH4+为为电子供体，将电子供体，将NO2-反硝化。

反硝化NH4+HCO3-+0.75O2 0.5NH4+0.5NO2-+CO2+1.5H2ONH4+1.32NO2-+0.066HCO3+0.13H+1.02N2+0.26NO3-+0.066CH2O0.sN0.1s+2.03H2O1优点分分别别在在两两个个反反应应器器内内实实现现部部分分硝硝化化和和厌厌氧氧氨氨氧氧化化，能能优优化化两两类类细细菌菌的的生存环境，运行性能稳定生存环境，运行性能稳定2022/7/20高等微生物高等微生物CANON工艺工艺1基本原理基本原理亚亚硝硝化化菌菌在在有有氧氧条条件件下下把把NH4+化化成成NO2-，厌厌氧氧氨氨氧氧化化菌菌则则在在无无氧氧条条件件下下把把NH4+和和NO2-转转化化为为N2，即即利利用用亚亚硝硝化化菌菌和和厌厌氧氧氨氨氧氧化化菌菌的的协协同同作作用用，在在同同一一个反应器中完成亚硝化和厌氧氨氧化个反应器中完成亚硝化和厌氧氨氧化NH4+1.5 O2 NO2-+H2O+2H+NH4+1.3NO2-1.02N2+0.26NO3-+2H2ONH4+0.85O2 0.43N2+0.13NO3-+1.3H2O+1.4H+二、优点二、优点u限氧条件下进行节约供氧量理论上节约供氧限氧条件下进行节约供氧量理论上节约供氧62.5%u硝化硝化50%的氨氮控制在亚硝化阶段节约碱度的氨氮控制在亚硝化阶段节约碱度50%2022/7/20高等微生物高等微生物Anammox优势优势降低能耗：由于厌氧氨氧化工艺是在厌氧条件下直接将氨氮和亚硝氮转化成氮气，同时在好氧段只需将氨氮氧化为亚硝氮，省略后续亚硝氮氧化为硝态氮，所以节省了曝气量。

能源回收：厌厌氧氨氧化菌将传统反硝化过程所需的外加碳源全部省略，污水中的有机物可最大限度的进行回收产甲烷，而不是被氧化成二氧化碳2022/7/20高等微生物高等微生物2022/7/20高等微生物高等微生物。