自养反硝化细菌的研究进展

异养反硝化细菌在硝酸盐转换过程中是十分有效的，但是它需要有机碳作为碳源。然而当污水中的有机碳不足或者是没有有机碳的时候。要完成反硝化作用就必须要向污水中投放有机化合物，如甲醇或者简单的有机物等。由于这个原因。自养反硝化作用越来越受到人们的重视。自养反硝化细菌所需要的能量是从无机物作为电子供体的氧化一还原反应中释放出来的。自养反硝化细菌利用无机碳化合物(如CO2，HCO3‐)作为它们的碳源，因此，不需要异养反硝化过程中必需的有机碳。它有两个优势：① 不需要投放有机物作为碳源，节省开支；② 产生极少量的污泥，因此将污泥的处理量降低到最小。自养反硝化细菌主要有利用氢的反硝化细菌和利用硫的反硝化细菌。由于很难收集氢气。并且生成氢气(如从甲醇中)又比较昂贵，所以近来主要的研究方向是利用硫的反硝化过程。利用硫的反硝化细菌有 iobacillus denitrifica，zs和Thiomicrospira denitrificaTls。脱氮硫杆菌( iobacillus denitrificaTls)是一种自养反硝化菌，短杆菌，大小为0.5µm ×1～3µm，革兰氏阴性，无孢子，能运动。它在将硫或硫的化合物氧化为硫酸盐的同时。将硝酸盐还原为氮气，该过程的反应式如下：
55S+50NO3–十38H2O+20C02 +4NH4+      4C5H7O2N+25N2+55SO4‐十64H+
反硝化过程产生的H 会降低环境的pH 值，而脱氮硫杆菌生存的最优pH 环境为中性，因此要想中和反应，就必须向反应中投加碱。
CaCO3+H+=HCO3–+Ca
HCO3‐十H =H2CO3
H2CO3=H20+CO2       ②
根据反应① 和② ，每克NO 一N转换所需要的碱(如CaCO3)是4．57 g(消耗碱的比例)。据报道，从试验中获得的碱的消耗比例是2．9～4．6, 因此这样高的碱消耗率就会增加运行的成本。两个方法可以解决这个问题：一个是利用石灰石作为碱的来源，建立硫一石灰石自养反硝化系统(sulfur and limestone autotrophic denitrifi—cation systems，SLAD)。虽然在自养的反硝化过程中利用石灰石看起来是一种经济有效的方法，但是它仍有不尽人意的地方，如增大了排出物中总溶解固体(total dissolved solids，TDS)的量 。同时，虽然这种

方法对于NO 一N 的含量低于100 mg／L 的污水处理是十分成功的，但是当处理高硝酸盐含量的污水(当污水中NO 一N 的含量高于100 mg／L)时，由于CaCO 在水中的溶解度很低，很难用石灰石提供碱，就会发现反硝化效率降低，并且有硝酸盐的积累。另一种减少碱的消耗的方法是利用异养反硝化作用产生的碱，也就是说将自养反硝化菌与异养反硝化菌混合培养，这样自养反硝化所需要的碱就可以从异养反硝化产生的碱中获得。根据US EPA 报道，在异养反硝化中，每克NO 一N转换所产生的碱(以CaCO3 计)是3．57 g，见反应③ ：
NO3‐+1.08CH3OH+0．24H2CO3=0.056C5H7O2N+0．47N2+1．68H2O+HCO3‐

Kim和Bae报道，当利用甲醇的异养反硝化转换了56％ 的硝酸盐的时候就不再需要额外投加碱了。因此，如果能够恰当地控制异养反硝化消耗的硝酸盐的量，就可以不必再向利用硫的自养反硝化系统中投加碱了。但是想得到这个最合适的量并不是一件容易的事，还需要进行大量的实验。总之，反硝化细菌能够把污水中的硝酸盐转换为氮气释放出来，这在污水处理系统中是十分重要的。异养反硝化细菌有厌氧和好氧的两种类型，它们都需要有机碳作为碳源和电子供体，一旦污水中的有机碳含量极低或者不含有有机碳时(如地表径流和地下水)，就必须向其中投加有机物，如甲醇、乙酸等，以保证反硝化的顺利进行。这样就会增加污水处理的成本，并且会产生大量的污泥。自养反硝化细菌(如脱氮硫杆菌)的发现和利用就可以解决这个问题，它不需要有机物作为碳源，仅有无机盐的存在就可以完成反硝化作用。脱氮硫杆菌在把硫或硫的化合物氧化为硫酸盐的同时，将硝酸盐还原为氮气。自养反硝化细菌为污水处理开辟了一条新的捷径，相信它将具有更为广阔的应用前景。