自从厌氧氨氧化菌 (Anaerobic ammonia oxidizing bacteria)被发现[1-2]，亚硝化-厌氧氨氧化工艺成为一种新型生物脱氮工艺。与传统硝化-反硝化工艺相比，该工艺无需有机碳源，污泥产率低，可节约50%的曝气量，减少90% 的CO2排放，节约90%的运行费用[3]。但厌氧氨氧化菌生长缓慢，倍增时间长，细胞产率低[4]，对生长环境要求苛刻[5]，工程应用中的主要影响因素包括pH、温度、DO、有机物、氮素等。本实验研究了pH初始值为7.0、7.5、8.0、8.5、8.7、9.0时，厌氧氨氧化反应在15d内脱氮性能的变化情况和可恢复程度，为工程应用提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验废水

试验采用模拟废水，其组成（g·L-1）为：KH2PO4 0.01，CaCl2·2H2O 0.0056，MgSO4·7H2O 0.3，KHCO3 1.25；微量元素溶液Ⅰ、Ⅱ各0.5mL·L-1。其中微量元素溶液Ⅰ的成分（g·L-1）为：EDTA 5，FeSO4 5；微量元素溶液Ⅱ的成分（g·L-1）为：EDTA 5，H3BO4 0.014，MnCl2·4H2O 0.99，CuSO4·5H2O 0.25，ZnSO4·7H2O 0.43，NiCl2·6H2O 0.19，NaSeO4·10H2O 0.21，NaMoO4·2H2O 0.22。NH-N和NO-N分别由(NH4)2SO4和NaNO2提供，浓度根据负荷按需配制[6]。

1.2 试验设计

厌氧氨氧化菌是化能自养菌，为了防止光能影响其生长，反应器采用遮光玻璃瓶，有效容积为1L，反应前通入氩气除氧，瓶口由密封塞密封，经排水法收集气体，共6个反应器。如图1所示，玻璃瓶置于恒温振荡箱中，温度控制在(30±0.5)℃，振动频率30～150r·min-1，振动幅度 3cm。

接种的污泥为中试试验中性状良好的絮状厌氧氨氧化污泥， MLSS=3000mg·L-1，总氮去除负荷（NRR）达到 1.3kgN·(m3·d)-1。

  

图1 反应器示意图Fig.1 Schematic of reactor

1.3 试验方法

1.3.1 不同pH值试验

对受抑制的反应器进行恢复试验，恢复周期为25d，调整反应器初始pH=7.5，实验条件、步骤和同组别受抑制前一样。通过测试反应器中NH-N和N-N的去除率，判断该组厌氧氨氧化菌脱氮性能是否能够恢复、恢复时间以及恢复程度。

系统治理是新时期治水方针的重要一环，应贯彻于城市水生态文明建设的过程中。系统治理应包含几方面内涵：一是山水林田湖草、水-土-气各自然要素的系统保护；二是城市水系上下游、左右岸、干支流、水域陆域的流域统筹；三是水环境、水生态、水景观、水文化、水经济等综合功能的提升；四是水利、环保、农业、市政、交通等多部门的联合行动；五是工程措施与非工程措施的联合运用。

1.3.2 受抑制厌氧氨氧化功能恢复试验

每个反应器连续运行15d（运行周期为1d），通过测试每天反应器中NH-N和NON的去除率，研究厌氧氨氧化菌在不同pH下是否受抑制、抑制程度及最大不受抑制时间。

游离氨会抑制厌氧氨氧化反应[7]，pH值越高游离氨浓度也越高，当pH高于游离氨浓度达到抑制浓度所对应的pH时，厌氧氨氧化脱氮性能开始受到抑制。袁砚等[8]研究发现，低浓度的游离氨对厌氧氨氧化菌只是抑制，并不会破坏细胞结构致死，而高浓度的游离氨则可通过细胞膜进入细胞导致细胞死亡，这和4号反应器的情况一致。可见pH在8.5～8.7，厌氧氨氧化菌的细胞结构并未遭到破坏，仅仅是受到了抑制，当条件适宜时恢复程度可以达到100%，也证实低浓度的游离氨抑制是可逆的，当抑制解除，厌氧氨氧化菌活性可得到恢复。高浓度的游离氨可通过细胞膜进入细胞导致细胞死亡，这和5、6号反应器的情况一致，5号反应器恢复程度只达到60%，而6号反应器恢复程度低至25%，说明pH大于8.7，游离氨开始达到破坏厌氧氨氧化菌细胞结构的浓度，导致细胞死亡。而pH大于9.0，游离氨浓度对厌氧氨氧化菌的破坏会立即显现出来。所以在工程应用中，pH控制在7.0～8.4是适宜的，pH在8.5～8.7之间厌氧氨氧化菌在10d内仍有较高的活性，并且受到的抑制是可逆的，而pH高于8.7会造成菌群的死亡，应迅速调整pH至适宜的区间。

统一反应器容积负荷为NO-N=50 mg·(L·d) -1，运行周期为 1d。每个反应周期开始时，用氢氧化钠稀溶液或稀硫酸调节反应器pH，使初始pH分别为7.0、7.5、8.0、8.5、8.7、9.0，分别对应1～6号组。每个反应周期结束后，依次进行如下步骤：1）测试反应器中剩余基质NH-N、NO-N的浓度；2）记录产气量；3）排水、进水(排水比为 1∶2)；4）投加基质；5）调节反应器pH；6）通入氩气吹脱DO；7）开始反应。

 

1.4 分析方法

pH：雷磁PHBJ-260便携式pH计；DO：雷磁JPB-607A便携式溶氧仪；氨氮：纳氏试剂分光光度法；亚硝酸盐氮：N-(1-萘基)-乙二胺光度法。

2 结果与讨论

2.1 pH对厌氧氨氧化的影响

我国在农业发展阶段，服务农业发展能力有限，无法让农民享受到更有价值的组织服务，使得农村经济合作组织无法将自身价值全面发挥出来。面对此种情况，我国农业部门就需要积极构建农村经济合作组织的竞争机制，在省级行政范围内，积极鼓励农业合作组织之间的竞争，并打破乡镇、村落之间的地域影响，做好合作，从而让农村经济合作组织发挥出作用，为农业发展提供更加高质量的服务。

 

  

图2 反应器的脱氮性能Fig.2 Nitrogen removal performance of the reactor

2.2 受抑制厌氧氨氧化菌恢复特性

对受抑制的4～6号反应器进行25d的恢复实验，NH-N和NO-N去除率的恢复情况见图3。4号反应器经25d的恢复，恢复程度为100%；5号反应器恢复至20d时，恢复程度达到60%，之后5d维持在这一水平；6号反应器恢复至21d时，恢复程度仅达到25%，之后维持在这一水平。研究认为，pH在8.5～8.7之间，厌氧氨氧化菌受抑制，但并没有死亡，一旦pH适宜，脱氮性能可完全恢复；pH在8.7～9.0之间，厌氧氨氧化菌受到抑制，15d内有部分死亡，一旦pH适宜，恢复程度为60%；pH大于9.0，厌氧氨氧化菌反应15d后，已经大部分死亡，一旦pH适宜，恢复程度仅为25%。

在6个组别的试验中，由于厌氧氨氧化反应是致碱反应，监测发现每个反应周期结束时，pH 都 会 升 高 0.3～0.4。NHN和NON去除率与反应周期的关系见图2。1号组15d内的去除率维持在92%～97%；2号组15d内的去除率维持在95%～99%；3号组15d内的去除率维持在91%～97%；4号组前10d的去除率维持在90%以上，第11d开始失稳，之后去除率呈现逐步下降的趋势，第15d下降至53%；5号组前9d的去除率维持在90%以上，第10d去除率下降至73%，第11d迅速下降至30%以下，第15d低至17%；6号组反应一开始去除率即呈现出下降趋势，第1～10d的去除率由90%下降至60%左右，第11d骤降为20%，之后去除率继续呈现下降趋势，第15d时，去除率仅为10%左右。 研究表明，pH在7.0～8.4之间，厌氧氨氧化反应正常，NH-N和NO-N去除率均维持在90%以上； pH在8.5～8.7之间，脱氮性能开始受抑制，但前10d内仍能保持正常，超过10d，去除率迅速下降；pH在8.7～9.0之间，脱氮性能明显受到抑制，去除率逐天下降，10d后去除率则迅速下降；当pH达到9.0以上，脱氮性能迅速受到抑制，厌氧氨氧化菌很难在这样的环境中生长。

 

  

图3 失稳反应器的脱氮性能恢复情况Fig.3 Recovery of nitrogen removal performance of instability reactor

2.3 讨论

基于大数据与ANN模型两者有点融合，可以有效地解决当前风险预警体系的不足，能够实现审计数据的高效获取，安全存储和审计事项风险指标的合理划分、有效排序，奠定了审计预警体系构建的核心和基层。

通过计算得到对象要素的缺省度为51%,环境要素的缺省度为73%,时间要素的缺省度为75%,由此可看出,环境要素和时间要素的缺省程度较大.但这里对对象要素的统计没有区分主体与客体,不能准确表示对象要素的缺省度,所以又对主体与客体的数量进行了统计,如表6所示.

3 结论

1）一个反应周期内，厌氧氨氧化反应会使pH 升 高 0.3～0.4； 当 pH 在 7.0～8.4 时，NH4+-N和NO2-N去除率均大于90%，而且pH在7.5～7.8时去除率达到95%以上。

2）pH在8.5～8.7时，前10d厌氧氨氧化脱氮性能仍正常，但第11～15d，脱氮性下降至52%，当pH调整到7.5时，25d后恢复程度可以达到100%，厌氧氨氧化菌的细胞结构并未遭到破坏，仅仅是受到了抑制。

3）pH 在 8.7～9.0时，前10d厌氧氨氧化脱氮性能仍较正常，但第11～15d，脱氮性能迅速下降至15%，当pH调整到7.5时，25d后恢复程度仅可达到60%，有部分厌氧氨氧化菌的细胞结构遭到致死破坏。

再看财政科研支出这一块。列举两年的数据为例，1996年财政科学研究支出为348.6亿元，占财政支出比重和占GDP比重分别为4.39%、0.51%，2002年财政科学研究支出为816.22亿元，占财政支出比重和占GDP比重分别为3.70%、0.75%。将其与西方国家的科研经费支出进行横向比较发现我国科研支出依然不足。科研支出占GDP的比例、财政支出的比例和人均科研投入都不高。即使是这些不足的科研经费投入究竟有多大比重是真正用于研发以及产生了多大效益都无从得知。

4）pH ＞9.0，15d内厌氧氨氧化脱氮性能逐渐下降至10%，此时游离氨浓度对厌氧氨氧化菌是致命的，会造成大部分厌氧氨氧化菌死亡。

参考文献：

[1] KUENEN J G. Anammox bacteria: from discovery to application[J]. Nat. Rev. Microbiol., 2008, 6(4): 320-326.

[2] Cigdem K A, Kozet Y, Bulent M. Inhibitory effects of freeammonia on Anammox bacteria[J]. Biodegradation, 2012,23: 751-762．

[3] 安芳娇，彭永臻，董志龙，等.不同运行策略下厌氧氨氧化的脱氮性能 [J/OL].环境科学，http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1895.X.20171229.1048.020.html，2017-12-29.

[4] Strous M, Heijnen J J, Kuenen J G, et al. The sequencingbatch reactorasa powerful tool for the study of slowly growing anaerobic ammonium-oxidizing microor-ganisms[J].Appl Microbiol Biotechnol, 1998, 50(5): 589-596.

[5] 唐崇俭，郑平，陈建伟，等.中试厌氧氨氧化反应器的启动与调控[J].生物工程学报，2009，25(3)：406-412.

[6] 陈宗姮，徐杉杉，李祥，等. pH对厌氧氨氧化反应脱氮效能的影响[J].化工环保，2015，35(2)：121-125.

[7] Tao Wendong, He Yuling, Wang Ziyuan, et al. Effects of pH and Temperature on Coupling Nitritation and Anammox in Biofilter Treating Dairy Wastewater [J].Ecol Eng, 2012, 47:76-82.

[8] 袁砚，周正，林兴，等. 氨氮对厌氧氨氧化过程的抑制规律及调控策略[J].中国环境科学，2017，37(9)：3309-3314.