1 背景

　　當(dāng)今經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，給人類帶來了更佳的物質(zhì)生活條件，同時也帶來了一些環(huán)境污染問題。生活污水、工業(yè)污水和農(nóng)業(yè)污水等污染水體，進(jìn)而給人類帶來了健康問題，影響了水生態(tài)平衡。其中水體富營養(yǎng)化是水污染的普遍現(xiàn)象之一，而氨氮濃度是治理富營養(yǎng)化污水的重要指標(biāo)。采用生物脫氮法去除污水中氨氮，具有操作簡單、成本低等特點，在水產(chǎn)品養(yǎng)殖和污水處理中廣泛應(yīng)用。微生物中氮循環(huán)主要由生物體內(nèi)有機(jī)氮的合成、氨化作用、消化作用、反硝化作用和固氮作用組成。污水中的氨氮通過硝化作用轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽;進(jìn)而通過反硝化作用，最終生成氮氣。硝化細(xì)菌的硝化作用是生物脫氮應(yīng)用中氨氮轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。因此，對硝化細(xì)菌更深入的研究，對污水處理中的氨氮去除具有重要意義。本文就硝化細(xì)菌在污水氨氮去除中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀進(jìn)行討論。

　　2 硝化細(xì)菌的研究進(jìn)展

　　硝化細(xì)菌分為自養(yǎng)和異養(yǎng)類型，目前自然界中已發(fā)現(xiàn)的硝化細(xì)菌大多數(shù)為自養(yǎng)硝化細(xì)菌，異養(yǎng)硝化細(xì)菌較少。自養(yǎng)硝化細(xì)菌分為氨氧化細(xì)菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化細(xì)菌(NOB)，這兩類細(xì)菌分別參與硝化作用的氨氧化和亞硝酸氧化階段。AOB 和 NOB 共有9 種屬，20種。為了硝化細(xì)菌菌劑的高效應(yīng)用，研究學(xué)者從自然界中富集培養(yǎng)、分離純化與菌種鑒定、包埋固定化、擴(kuò)大培養(yǎng)和混合菌群多樣性研究，研究新發(fā)現(xiàn)菌株的生理特性和脫氮作用機(jī)制。硝化細(xì)菌研究領(lǐng)域涵蓋了菌種的分離鑒定、代謝機(jī)理、基因水平研究、菌劑的制備、菌種的保存以及硝化細(xì)菌檢測技術(shù)的研究。當(dāng)前，硝化細(xì)菌的研究獲得了一定的成效。比如養(yǎng)殖業(yè)往往采取人工投餌方式，加上魚等養(yǎng)殖產(chǎn)品的排泄物導(dǎo)致了養(yǎng)殖水體中氨、亞硝酸鹽超標(biāo)而使養(yǎng)殖產(chǎn)能低下。而定期投入一定的硝化細(xì)菌，大大改善養(yǎng)殖水質(zhì)，為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)帶來了更高的養(yǎng)殖效益。如專門培養(yǎng)觀賞性水生動植物的水族箱、養(yǎng)魚池等，硝化細(xì)菌及時去除里面的氨氮、亞硝酸鹽等對魚類有毒物質(zhì)。此外，利用硝化細(xì)菌菌劑，活性污泥法、生物濾池和生物膜法等去除工業(yè)污水和生活污水中的氨氮，也獲得了一定成效。

　　3 硝化細(xì)菌在污水凈化中的應(yīng)用情況

　　硝化細(xì)菌主要應(yīng)用于處理養(yǎng)殖廢水和氨氮、亞硝酸鹽超標(biāo)的工業(yè)廢水和生活污水。硝化細(xì)菌廣泛應(yīng)用于廢水生化處理的工藝中，傳統(tǒng)的工藝有 A/O 法、A2/O法、接觸氧化法、SBR 工藝等。此外，新型生物脫氮技術(shù)也在研究發(fā)展中，包括厭氧氨氧化技術(shù)、硝化反硝化技術(shù)和短程硝化反硝化技術(shù)等。

　　4 硝化細(xì)菌污水應(yīng)用瓶頸

　　硝化細(xì)菌的研究已持續(xù)一百多年，但是硝化細(xì)菌的工業(yè)應(yīng)用技術(shù)尚存在問題。其在凈化污水的應(yīng)用中依然存在一些技術(shù)瓶頸。

　　(1)自身因素的限制。目前發(fā)現(xiàn)的硝化細(xì)菌多數(shù)為自養(yǎng)型，少量異養(yǎng)型。自養(yǎng)型硝化細(xì)菌生長繁殖周期長

　　(10h以上)，生長緩慢，自然條件下硝化菌群的富集培養(yǎng)與馴化時間周期長且有效菌體濃度低下，而單一菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)，菌體濃度較高，但是其硝化作用效果不如富集培養(yǎng)的菌種。另外，異養(yǎng)型硝化細(xì)菌的生長周期比自養(yǎng)型長，但對生長環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)。

　　(2)外界因素的限制。硝化細(xì)菌在工業(yè)應(yīng)用中硝化作用效果，除了受自身特性的影響菌，菌種的生長繁殖對外界因素較為敏感性。比如溫度、pH 值、DO、C/N、有機(jī)物濃度、消毒劑[8]、有毒物質(zhì)和重金屬等[9]，將直接影響硝化細(xì)菌的硝化作用效果。

　　綜上，目前市售硝化細(xì)菌菌劑種類繁多，硝化作用效果參差不齊，大多數(shù)為生物直投法使用。硝化細(xì)菌菌劑的凈化效果除了受生長環(huán)境的影響，主要受菌劑本身特性的影響。就處理效果而言，國產(chǎn)菌劑的除氨氮效果一般;而部分進(jìn)口產(chǎn)品效果相對顯著，但價格高，其中商業(yè)菌劑市場份額最大的是 EM 和諾維信。市售硝化細(xì)菌為復(fù)合菌劑，含有多種功能不同的細(xì)菌組分，如光合菌劑、枯草芽孢桿菌等。盡管進(jìn)口復(fù)合菌劑有較好的效果，但在工業(yè)應(yīng)用中不具有針對性，且需要定期添加菌劑維持。其出售菌劑都是按照固定的細(xì)菌類別配比制備而成。但是處理不同的污水，由于水質(zhì)原因和生長條件的不同，復(fù)合菌劑中的某些成分，不但不能在該條件下生長繁殖，還可能短時間內(nèi)衰亡，在污水處理中不起任何作用。故復(fù)合菌劑在實際應(yīng)用中，菌劑部分成分為無效組分，在一定程度上是一種資源浪費。原因是投放的菌劑無法適應(yīng)被投放的生長環(huán)境，對外界做出應(yīng)激反應(yīng)，難以進(jìn)行生長繁殖，逐步衰亡，因此無法長期保持較好的硝化作用能力，維持較好的氨氮去除效果。如何獲取不同極端條件下能適應(yīng)生長的硝化細(xì)菌菌種，如具有耐酸、耐堿、耐高溫、耐低溫、耐高鹽濃度、耐低 DO 等基因特性的菌株是當(dāng)務(wù)之急。如此，根據(jù)處理污水的特性制備菌劑，保證菌種的精準(zhǔn)高效投放，使菌種在治理目標(biāo)— 污水中進(jìn)行生長繁殖，持續(xù)性保持一定的硝化作用能力，達(dá)到持續(xù)凈化的效果。

　　5 發(fā)展前景

　　硝化細(xì)菌菌劑是一種安全性較高的菌劑。硝化細(xì)菌在污水處理中的應(yīng)用需要更深層次的研究，以獲得更高效的工程應(yīng)用效果。獲得生長繁殖周期較短、利于擴(kuò)大培養(yǎng)、硝化作用活性更強(qiáng)、適應(yīng)能力較好的硝化細(xì)菌菌劑。根據(jù)不同的污水水質(zhì)，選取最佳的菌種，配制更高效的復(fù)合菌劑，使其快速適應(yīng)污水的環(huán)境，進(jìn)行生長繁殖，維持更為持久高效的氨氮去除效果。研究者甚至可通過基因手段整合硝化細(xì)菌的優(yōu)勢基因，增強(qiáng)菌劑對生長環(huán)境的適應(yīng)能力，提高菌劑的效能，降低污水處理成本，提高氨氮去除環(huán)保技術(shù)的水平。