新型Mnammox生物脱氮工艺的反应机制和过程调控

In recent twenty years, anaerobic ammonium oxidation (Anammox) has been considered as one of the most economical novel biological technologies for nitrogen removal from wastewater. It is a significant discovery in the field of environmental science and technology and geochemistry that the ammonia reacts with Mn-oxides anaerobically to produce nitrogen gas, which is named as Mnammox. The Mnammox bioreaction is valuable since it will remove ammonia from wastewater at a low cost. So far, however, the conditions and mechanisms of Mnammox bioreaction are scarcely understood. The project will be carried out to set up the reaction conditions of Mnammox, identify the Mnammox microorganisms, and make clear the reaction mechanisms and optimal operational condition of Mnammox. In this project, the knowledge of new bacteria will be enriched, which also intensify the cognition about the anaerobic ammonia oxidizing bacteria and Manganese reduction bacteria. All of this project do exposit the constituents of the world nitrogen cycle, and ameliorate the traditional biogeochemical cycling mode. Meanwhile, the results will lay some basis for the development of new biotechnology for nitrogen removal from wastewater, natural water body and groundwater.

近二十年来，以氨为电子供体、亚硝酸盐为电子受体的亚硝酸盐型厌氧氨氧化工艺已受到国际环境工程界的青睐，被认为是迄今最经济的废水脱氮技术之一。以氨为电子供体、二氧化锰为电子受体的锰盐型厌氧氨氧化（Mnammox）是最近环境和地球化学领域的一个新发现。利用该反应也有望实现对氨氮的低成本去除，在废水处理工程中具有很高的开发价值。但迄今为止，人们对Mnammox的反应条件和作用机制还缺乏必要的了解。本项目拟探索Mnammox反应的适宜条件，确认催化该反应的菌种，解析该反应的微生物学机制，并试图实现Mnammox过程的优化。本课题研究有益于发掘新的菌种资源，加深人们对厌氧氨氧化菌和锰还原菌的认识，丰富环境微生物学知识；有助于揭示地球氮元素和锰元素循环的新环节，发展和完善生物地球化学循环模式；也有助于研发新型低耗的厌氧生物脱氮技术，为众多高浓度氨氮废水的有效治理，乃至地表水和地下水的脱氮修复提供新思路。

以氨为电子供体、二氧化锰为电子受体的锰盐型厌氧氨氧化（Mnammox）是环境领域的一个新发现。利用该反应也有望实现对氨氮的低成本去除，在环境工程上具有很高的开发价值。本项目优选了Mnammox的接种污泥，试验证明湿地沉积物和厌氧氨氧化污泥为适宜菌源；研发了9种Mnammox反应器，为功能菌群的扩大培养以及Mnammox的应用提供了装备支撑；优化了Mnammox菌群的富集培养条件，为Mnammox的操作优化和可靠控制打下了基础；试验了自养条件下Mnammox的性能；观测了Mnammox富集培养物中的优势菌群；研究了Mnammox的反应机理；考察了混养模式、菌种投加、抑制剂对工艺性能、菌群动态和颗粒特性的影响，并据此提出了运行调控对策。本项目成果有助于拓展厌氧氨氧化工艺的应用场合，研创新型低耗的厌氧生物脱氮技术，推动众多高温高氨氮低C/N废水的有效治理，乃至为地表水和地下水的脱氮修复提供新思路。