一、厌氧氨氧化 1、厌氧氨氧化反应机理 根据国内外相关学者的研究，厌氧氨氧化指的是在厌氧的条件下，以氨氮(NH
一、厌氧氨氧化
1、厌氧氨氧化反应机理
根据国内外相关学者的研究，厌氧氨氧化指的是在厌氧的条件下，以氨氮(NH 4 + -N)为电子供体，亚硝酸氮(NO 2 -N)为电子受体，以CO 2 或HCO 3 - 为碳源，通过厌氧氨氧化菌的作用，将氨氮氧化为氮气(N 2 )的过程。其中，在厌氧氨氧化的过程中，也产生了中间产物联氨(N 2 H 4 )以及羟氨(NH 2 OH)。因此，在逐渐完善的研究中，就得到了如下的厌氧氨氧化反应公式：
根据反应方程式，以及厌氧氨氧化技术的原理，可以得出：在厌氧氨氧化的反应中只对CO 2 以及HCO 3 - 产生了消耗，并没有进行外加碳源，因此不但能够有效实现成本的节约，也防止了反应中产生的二次污染；反应过程中几乎不产生N 2 O，能够有效避免传统脱氮造成的温室气体排放；反应过程产碱量为零，无需添加中和试剂，并较为环保。除此以外，该项技术还具有产泥量少，节省供氧动力消耗等多方面的优点，具有可持续开发利用的意义。
2、厌氧氨氧化技术
厌氧氨氧化污水处理技术有着诸多方面的优势，经过了国内外学者对工艺技术的不断深入研究，目前已经存在多种形式的厌氧氨氧化技术，其中开发较为成熟的主要有亚硝化-厌氧氨氧化(SHARON-ANAMMOX)以及完全自养脱氮工艺(CANON)、氧限制自养硝化-反硝化(OLAND)等工艺技术。
（1）亚硝化-厌氧氨氧化工艺
短程硝化-厌氧氨氧化技术要分两部分完成，并需要在不同的反应器中进行。首先是亚硝化部分，能够实现50%左右的氨氮氧化，其次是厌氧氨氧化部分，完成剩余部分的氨氮氧化，并实现与亚硝化部分新生成的亚硝态氮进行厌氧氨氧化反应，生成氮气和硝态氮。因此，在两项技术的并列连用下，就不需要再外加亚硝氮，且在反应过程中能有效补偿亚硝化碱的消耗，使其达到碱的自平衡。将两种菌种分别放置在不同的反应器内，分别产生生物作用，也有利于功能菌的生长，有效减少水中有害物质的抑制效应。该工艺技术的优点是操作简单、需氧量低且厌氧环境好。较之传统技术，也能有效降低曝气量，为氨氧化菌的生长提供了舒适的条件。以外，还能有效减少N 2 O等温室气体的排放。该项串联技术目前多用于低碳氮化废水的处理，在垃圾渗滤液、城镇污水处理厂等也有较好的处理效果。
（2）限氧自养硝化-反硝化工艺
限氧自养硝化-反硝化工艺是一种一步脱除氨氮，无需加入COD的新工艺技术，这是由比利时某大学微生物研究室研制开发的。在低氧的条件下，亚硝酸菌有着较强的溶解氧的亲和力，形成了亚硝酸的积累。通常条件下，亚硝酸菌饱和常数为0.2～0.4mg/L，与硝酸菌(1.2～1.5mg/L)有较大差异。限氧自养硝化-反硝化工艺利用这种差异性，就容易在较低温度下实现对亚硝酸菌的稳定积累，淘汰硝酸菌。最后再实现厌氧氨氧化反应，产生氮气。与SHARON-ANAMMOX工艺相比，OLAND生物脱氮在硝化过程中更能节省溶解氧消耗，在相对较低的温度下脱氮效果更好。
（3）完全自养脱氮工艺
完全自养脱氮工艺技术是指通过对同一构筑物内溶解氧的控制来实现厌氧氨氧化，氨氮到氮气的转化过程都由自养菌完成。其基本原理是氨氮部分被亚硝化细菌氧化，形成亚硝氮；而剩余部分的氨氮与随后产生的亚硝氮发生氧化反应，就形成了氮气。在此过程中，由于完全自养脱氮反应所需的细菌都是自养型的细菌，反应过程也是在无机自养的环境下实现的，因此在反应期间无需再添加有机物。不过此项技术也容易受到硝酸菌的干扰，为保证其稳定运行，使厌氧氨氧化菌不受竞争，就需要严格控制反应条件和水质。因为完全自养脱氮工艺技术全程自养，因此广泛应用于实验室废水、城市污水等处理。
二、硫自养反硝化
1、什么是硫自养反硝化
硫自养反硝化技术是以硫化钠(Na 2 S) 、和硫代硫酸钠(Na 2 S 2 O 3 ) 单质硫(S)等还原态硫源为电子供体， CO 3 2- 、HCO 3 - 、CO 2 作为无机碳源，在缺氧环境下将NO 3 -N还原为N 2 的一种新型的自养反硝化技术。
硫自养反硝化技术的研究最早源于20世纪的70年代，与其他自养反硝化技术相比，被作为电子供体的还原态的硫化物廉价易得、受水质影响小、且易于被利用。因此，硫自养反硝化技术一直以来就被看做是在处理低C/N污水时用来替代传统异养反硝化工艺的最佳工艺之一。并且由于硫自养反硝化过程中包含了S的氧化和N的还原过程，因此，在废物资源化利用方面也有着相当大的潜力。
目前，硫自养反硝化多应用于深度脱氮领域，有些污水处理厂的深度脱氮工艺采用了硫自养反硝化滤池，替代了传统的异养反硝化滤池。
2、硫自养反硝化中硫形态的分类
硫离子（S 2- ）
含有S 2- 的废水对环境有着较大的危害。污水中的S 2- 会对管道产生腐蚀，减少管道寿命，在输送过程中水解还会产生H 2 S气体，散发臭味的同时还具有一定的毒性。利用S 2- 做为硫自养反硝化的硫源可以将二者同时去除，可以达到以废治废的效果，反应方程式如下所示。
硫代硫酸钠
Na 2 S 2 O 3 为电子供体具有溶解度高、传质好、成本低等优点，且对系统的pH影响较小，被大量研究证明是效果最好的硫源，以Na 2 S 2 O 3 为硫源的反硝化方程式如下所示。
硫铁矿
硫铁矿物在地壳中有丰富的含量，在我国储量较大，其所含有的Fe和S元素也能为微生物提供电子，具备参与自养反硝化的潜力。其反应式如下所示。
硫单质
S无毒、稳定、几乎不溶于水，与液态硫源相比，更方便操作，不仅能为硫自养反硝化过程持续提供电子，还可以为微生物的附着提供载体，是目前研究者最为关注的硫源之一。其反应方程式如下所示。
3、硫自养反硝化的优缺点
优点：
1、无需投加碳源，节省了碳源的消耗；
2、填料自身消耗，无需更换，直接投加；
3、无碳源穿透的问题，防止出水COD升高。
缺点：
1、填料板结堵塞问题，生物膜容易堵塞填料，使脱氮效率下降，需要频繁反洗；
2、出水硫酸盐含量增加；
3、填料成本较高，一次性投入大。
4、硫自养反硝化的工艺控制难点
1、负荷较高的条件下出水中不可避免地存在大量SO 4 2- ，在硫酸盐还原菌（SRB）存在时会释放H 2 S气体，不仅造成排水管道的腐蚀，其恶臭、毒性还将带来二次污染问题。
2、利用硫化物为电子供体的自养反硝化工艺，系统中的微生物可能受到硫化物的毒性抑制作用，导致处理效率不高，处理能力下降。因此，启动期的污泥驯化非常重要，需要不断提高微生物对于硫化物毒性的耐受能力，才能保障系统的稳定运行。
3、低温会抑制反硝化菌系统的脱氮性能，进而导致脱氮速率降低。为了提升低温条件下硫自养反硝化系统的脱氮性能，可以从电子供体（硫源）和异样反硝化过程两方面着手。硫代硫酸盐作为一种可溶性硫，比疏水性单质硫更易被硫氧化菌利用，常温下硫代硫酸盐作为电子供体时硝态氮的还原速率为单质硫的 10倍。硫自养反硝化混合菌体系中含有一定量的异养反硝化菌，而此类细菌具有生长快、易在短期内形成大量微生物的优势，可能会对低温表现出更好的抗性。因此，低温条件下，利用硫代硫酸盐或有机物作为电子供体可能会提升反硝化系统的脱氮能力。
三、氢自养反硝化（氢为电子供体）
氢自养反硝化的细菌称为氢细菌，主要是脱氮副球菌属，该类菌以H 2 作为电子供体利用CO 2 、HCO 3 - 等无机碳源，进行反硝化脱氮。反应方程式为：
氢气是自养反硝化理想的电子供体，纯氢气作电子供体，脱氮效率高且反应快速（在以甲醇作为电子供体的异养反硝化试验组中，反硝化速率是30gNO 3 -N/m 3 ·d，而以H 2 作为电子供体的自养反硝化试验组中，反硝化速率是18gNO 3 -N/m 3 ·d），清洁无污染且剩余污泥少，反应剩余氢气易从处理后的水中除去，无二次污染也无需后续处理。但由于氢气易燃且与空气混合易爆，存在一定的安全风险，同时氢气在水中的溶解度很低，20℃时每升水中只能溶解1.6mgH 2 ，其在自养反硝化中利用率不高（仅30%~50%），因此氢气从气态向液态的物质转移速率可能会限制微生物的增长速率从而降低自养反硝化的速率。
四、 铁自养反硝化（单质铁或者二价铁为供体）
铁自养反硝化脱氮菌可以 利用单质铁或二价铁为电子供体来进行反硝化反应， 在厌氧的条件下，硝酸根代替氧气成为电子受体，硝酸根氮被还原为氮气。
铁的自养反硝化是一个比较复杂的过程，大致可分为两个阶段：一是铁腐蚀析氨，二是反硝化。第一阶段的反应式如下：
铁腐蚀产生的氢气可被反硝化还原菌所利用，将硝酸盐还原为氮气，反应方程式如下式所示。零价铁在一定条件可以与硝酸盐直接发生化学还原反应，将硝酸盐还原为氨氮，其反应式为：
铁与硝酸盐的生物反硝化过程的总反应式为：
可知在铁、硝酸盐、反硝化细菌共存的条件下，铁与硝酸盐优先进行生物反硝化过程。
