兰州交通大学 | 张莉红,李杰,王亚娥,谢慧娜,赵炜,李婧:Feammox:一种新型自养生物脱氮技术
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Feammox:一种新型自养生物脱氮技术
张莉红 1,2,3 ,李杰 1,3 ,王亚娥 1 ,谢慧娜 1 ,赵炜 1 ,李婧 1
1 兰州交通大学环境与市政工程学院,甘肃 兰州 730070; 2 甘肃省膜科学技术研究院有限公司,甘肃 兰州 730020; 3 甘肃省非常规水资源化利用技术重点实验室,甘肃 兰州 730020
● 引用本文: 张莉红, 李杰, 王亚娥, 等. Feammox:一种新型自养生物脱氮技术[J]. 化工进展, 2022, 41(1): 391-399.
● DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0207
文章摘要
厌氧氨氧化耦合Fe(Ⅲ)还原,即铁氨氧化(Feammox)技术,是近年来新发现的一种以廉价、易得的铁作为微生物电子供体的新型自养生物脱氮技术。该技术具有无需有机碳源、成本低、污泥产量低、不产生温室气体等显著优点,是自然系统和污水处理系统等领域潜在的脱氮途径。本文聚焦于Feammox的产生和发展,详细介绍了该技术的作用机制及其参与反应的主要微生物特征,认为Feammox过程中起主要作用的微生物是一类能驱动氨氧化的铁还原菌;简要分析了pH、温度、溶解氧、有机物及铁源等影响因素;探讨了与FeNiR、Anammox和反硝化等氮损失途径的关系。最后,提出了Feammox仍面临的挑战,展望了未来发展趋势,指出菌的快速富集和分离纯化、控制参数以及与其他脱氮途径之间的相互作用是Feammox未来的研究方向。
1
Feammox作用及其特征
氮循环中关键过程之一是氨(
)的氧化,常规
氧化是溶解氧存在的情况下将
逐渐氧化成
,随后
以有机碳为电子供体异养还原为N
2
。另外,
在缺氧条件下也能被厌氧氨氧化细菌氧化,以
为电子受体。最近的研究表明,在厌氧条件下以Fe(Ⅲ)为电子受体也能氧化
,称为Feammox,这为理解自然界和污水处理系统中氮循环提供了新的思路。
Clement等通过在湿地土壤中反复测量
和Fe
2+
的生成,首次观察到一种以Fe(Ⅲ)为电子受体的生物过程,同时将
氧化为
。Sawayama首次提出了Fe(Ⅲ)还原耦合厌氧氨氧化,即Feammox概念。Feammox是在厌氧环境下,微生物利用Fe(Ⅲ)作为电子受体氧化氨氮的过程,在土壤、河岸带、水稻土、活性污泥、湿地以及海洋沉积物等许多环境中Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ),同时通过同位素示踪分析证实
被氧化为N
2
、
和
[式(1)~
式(3)
]。与生成
和
相比,生成N
2
是Feammox氧化
过程中的主要途径。但也有许多Feammox产物以
为主的研究,污水处理活性污泥中Feammox产物主要为
。
氧化产物的不同主要受到Feammox过程中的反应条件和环境因素的影响。此外,Fe(Ⅲ)形式和种类对于Feammox反应产物的影响也较大。目前,关于调控Feammox预期产物因子的研究还未见报道。
表1 不同环境Feammox活性、氮素流失的贡献及优势群落
2
Feammox菌
图1 菌株A6扫描电镜图
3
Feammox影响因素
3.1
pH
3.2
温度
3.3
溶解氧
3.4
有机物
3.5
铁源
4
Feammox、FeNiR、Anammox和反硝化之间的关系
图2 Feammox-FeNiR耦合脱氮
图3 Feammox-FeNiR-Anammox-反硝化耦合脱氮
5
结语
作者简介 ● ●
第一作者: 张莉红 ,博士研究生,研究方向为污水处理。
通信作者: 王亚娥 ,教授,硕士生导师,研究方向为污水处理。
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