厌氧硫酸盐还原氨氧化反应机制与过程调控

Anammox process is an important pathway of the global N-cycle. The biological nitrogen removal technology based on Anammox process has the obvious features of high-efficiency and low-cost.Recently, it has been found that the Anammox microorganisms favour a versatile lifestyle, utilizing a variety of electron donnor and electron acceptor for their metablisms; Some biogeochmecal studies suggest that the sulfur cycle in the OMZ waters closely links to the anammox and other nitrogen cycle,which needs to be supported directly by the relavent biological reactions.If the ammonium oxidation process can be effctively accomplished with sulfate as the electron acceptor,the biological ammonium removal would be a process of complete no extra energy input, even with recovery of solid sulfur compound, resulting a nonpollution green treatment technology.This proposal, around this important subject of scientific significance and application value, intend to suggest an experimental research project, with anammox micro-organisms as microbial inoculums in the laboratory reactor, to study the sulfate-reducing ammonium oxidation process in-depth, aimed to further clarify the reaction mechanisms, to recognize the relevant microbial populations mediated the reactions, as well as their characteristics; to explore the main factors affecting the reactions, to seek the effective methods and measures to control the material transformation pathway in the reaction process.The proposed study will provide the experimental evidences of the relavent biological reactions for explainatoin of the simultaneous transformation of nitrogen and sulfur newly discovered in the natural environment,and provide a technological principles to support the development of new economical and high efficient biological nitrogen and sulfur removal processes based on sulfate reducing ammonium oxidation .

厌氧氨氧化是地球氮素循环的重要途径。Anammox生物除氮技术具有高效低耗的显著特征。近年来发现Anammox微生物可以利用多种电子受体和电子供体进行代谢活动；海洋科学研究推测硫的循环与Anammox途径有着某种密切联系，有待获得相关生物反应的直接证据支撑。若硫酸盐还原/氨氧化过程得以有效实现，将使氨的生物转化去除过程完全不需外加能量、且可回收固态硫，形成绿色无污染的生物除氮技术。本项目围绕这一具有重要科学意义和应用价值的课题，拟以Anammox微生物作为接种物，在实验室反应器中进行硫酸盐还原氨氧化过程的深入研究，进一步明确硫酸盐还原氨氧化过程的反应机制，了解作用微生物的种群及其特征，探明影响反应的主要因素，寻求有效控制反应过程中物质转化途径的条件和调控手段。本研究将为解释自然环境中氮硫同步转化的新发现提供生物反应实验依据，为开发新型的经济高效生物同步脱氮除硫工艺提供技术原理和途径。

厌氧氨氧化是地球氮素循环的重要途径, Anammox 生物除氮技术具有高效低耗 的显著特征。近年来发现 Anammox 微生物可以利用多种电子受体和电子供体进行代谢活动;海洋科学研究推测硫的循环与 Anammox 途径有着某种密切联系，有待获得相关生物反应的直 接证据支撑。若硫酸盐还原/氨氧化过程得以有效实现，将使氨的生物转化去除过程完全不需外加能量、且可回收固态硫，形成绿色无污染的生物除氮技术。本项目围绕这一具有科学意义和应用价值的课题，拟以 Anammox 微生物作为接种物，在实验室反应器中进行硫酸盐还原氨氧化过程的深入研究，明确硫酸盐还原氨氧化过程的发生条件与反应机制，了解作用微 生物的种群及其特征，探明影响反应的主要因素，寻求有效控制反应过程中物质转化途径的 条件和调控手段，以期为解释自然环境中氮硫同步转化的新发现提供生物反应实验依 据，为开发新型的经济高效生物同步脱氮除硫工艺提供技术原理和途径。 . 研究内容主要包括四个方面：（1）硫酸盐还原氨氧化反应器的启动和反应特征；（2）硫酸盐还原氨氧化体系中影响因素考察（3）氨与硫酸盐同步转化的条件（4）氨与硫酸盐转化途径与反应机制。围绕上述四个问题，获得的主要研究结论为：SRAO现象在非严格厌氧、存在有机底物和混菌种培养的特定条件下才会发生。目前并无证据表明Anammox微生物具备利用硫酸盐氧化氨的能力。在SRAO现象中，氨与硫酸盐的转化是分别进行的，氨是在AOB的作用下被氧化成亚硝酸盐，进而在Anammox微生物的作用下生成氮气。而硫酸盐是在硫酸盐异养还原菌的作用下，利用微生物衰亡释放出的有机物为电子供体被还原。. 通过本项目的研究，探明了SRAO现象中氨与硫酸盐的同步转化的条件，提出了与已有研究不同的SRAO作用微生物和反应机制并提供了相应的实验和分析论证依据，解释了相关研究中存在的问题和困惑。在项目研究过程中，对anammox体系转化氨氮和硫酸盐过程中发现的其他相关的问题，也从Anammox微生物代谢底物多样性的视角开展了研究并获得了相应的成果。