铁氨氧化工艺的脱氮驱动机制及影响因素研究进展

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2024-0526

摘要/Abstract

摘要：

铁氨氧化（Feammox）作为一种新型废水处理工艺，因厌氧耗能低、无需添加有机碳源及污泥产量较低等优势引发广泛关注。在简要概述Feammox发现过程、反应机理和功能菌群的基础上，重点对微生物接触、电子穿梭体以及纳米铁等直接驱动方式以及生物炭介导和微生物利用氧气介导等间接驱动方式的Feammox驱动过程及内在机制进行解析；随后概括了pH、氧化还原电位（ORP）、温度、溶解氧、铁源、氨氮浓度、铁浓度、有机物含量和C/N等因素对Feammox反应的影响特性；最后，总结分析了Feammox脱氮技术在实际工艺应用中存在的障碍，并对该工艺未来发展趋势进行了展望。

关键词: 铁氨氧化（Feammox）, 铁氨氧化菌, 脱氮工艺, 驱动机制

Abstract:

As a new type of wastewater treatment process, iron ammonia oxidation(Feammox) has attracted wide attention due to its advantages of low anaerobic energy consumption, no need to add organic carbon source and low sludge yield in the reaction process. Based on a brief overview of the discovery process, reaction mechanism, and functional microbiota of Feammox, this paper focused on the analysis of Feammox driving process and underlying mechanisms through direct driving methods such as microbial contact, electron shuttle, and nano iron direct driving, as well as indirect driving methods such as biochar mediated and microbial oxygen utilization mediated. Subsequently, the influence characteristics of pH, oxidation-reduction potential(ORP), temperature, dissolved oxygen, iron source, ammonia nitrogen concentration, iron concentration, organic content, and C/N on Feammox reaction were summarized. Finally, the obstacles in the practical application of Feammox denitrification technology were summarized and analyzed, and the future development trends of this process were discussed.

Key words: iron ammonia oxidation(Feammox), Feammox bacteria, denitrification process, driving mechanism

中图分类号:

X703

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https://www.iwt.cn/CN/Y2025/V45/I5/1

图/表 3

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67	YAO Zongbao， WANG Changhui， SONG Na，et al. Oxidation of ammonium in aerobic wastewater by anoxic ferric iron-dependent ammonium oxidation（Feammox） in a biofilm reactor［J］. Desalination and Water Treatment，2020，173：197-206. doi:10.5004/dwt.2020.24822
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反应器	进水氨氮/（mg·L^-1）	HRT/d	运行时间/d	容积负荷/ （kg·m^-3·d^-1）	pH	温度/℃	氨氮去除率/%	Feammox功能菌群	参考文献
UAF	30	0.6	86	0.04	7.0		近100	Proteobacteria；Bacteroidetes；Actinobacteria；Firmicutes	〔15〕
UASB			>300		7.0	25	40.1	Proteobacteria；Bacteroidota	〔35〕
ASBR	50	1	88		7.4~7.6	15~30	20.0~56.0	Actinobacteria	〔45〕
CFMR	60	2	150		4.0~5.0	25	64.5	Geobacter	〔6〕
广口瓶	400		77		7.0	33	83.7		〔55〕
HFMB	410		28	2.4	7.0	20±2	20.4	Proteobacteria；Geobacter spp.；Acidimicrobiaceae sp. A6	〔56〕
HFMB	208		90		7.4	23.9	50.0	Acidimicrobiaceae sp. A6；Geobacter spp.	〔57〕
SBR		0.2	98		5.1~6.8	22	93.0	Geobacter spp.；Shewanella spp.；Albidiferax ferrireducens	〔58〕
ASBR	50	1	90		6.5~7.0	25	53.0	Acidimicrobiaceae sp. A6；Shewanella spp.；Geobacteraceae spp.	〔52〕
ASBR	50	2	120	0.03	6.8~7.2	30±1	56.9	Bacteroidetes	〔34〕
MSFB	100	4~6	60	0.05		30~33	60.0~99.0	Pseudomonas；Actinobacteria	〔53〕
EGSB和IC	279		56		7.0	35	36.1	Geobacter spp.；Shewanella spp.；Acidimicrobiaceae sp. A6；Acidiphilium spp.	〔59〕
厌氧瓶	50		70		7.0~7.2	33	66.7		〔60〕
MBBR	200	2~6	30	0.10	6.8~7.2	30±2	83.3~98.3	Gammaproteobacteria	〔54〕
UASB	>500	0.5	135	0.96		30	95.6（TN）	Acidimicrobiaceae	〔61〕
Lim-UAF	30	0.5~1.3	108	0.04	7.0±0.1	20±2	98.9		〔62〕
CFR	180	0.8	200		7.5±0.2	37	93.6		〔63〕
UASB	509	2	40		6.8~7.2	37	65.0~73.5	Geobacter；Iron reduction bacteria	〔64〕
EGSBs	60~100	0.2~0.4	240			25±2	62.0（TN）	Proteobacteria；Bacteroidetes；Acidobacteria	〔65〕
UASB	100	0.1	337			20~26	53.3		〔66〕
海绵铁生物膜	20	0.2	300	1		28±1	42.3	Bacteroidetes；Proteobacteria；Actinobacteria	〔67〕
SBR和MAMBR	200	2.0~8.3	600	0.01~0.06	7.0~7.5	35±1	60.5~64.4		〔36〕

反应器	进水氨氮/（mg·L^-1）	HRT/d	运行时间/d	容积负荷/ （kg·m^-3·d^-1）	pH	温度/℃	氨氮去除率/%	Feammox功能菌群	参考文献
UAF	30	0.6	86	0.04	7.0		近100	Proteobacteria；Bacteroidetes；Actinobacteria；Firmicutes	〔15〕
UASB			>300		7.0	25	40.1	Proteobacteria；Bacteroidota	〔35〕
ASBR	50	1	88		7.4~7.6	15~30	20.0~56.0	Actinobacteria	〔45〕
CFMR	60	2	150		4.0~5.0	25	64.5	Geobacter	〔6〕
广口瓶	400		77		7.0	33	83.7		〔55〕
HFMB	410		28	2.4	7.0	20±2	20.4	Proteobacteria；Geobacter spp.；Acidimicrobiaceae sp. A6	〔56〕
HFMB	208		90		7.4	23.9	50.0	Acidimicrobiaceae sp. A6；Geobacter spp.	〔57〕
SBR		0.2	98		5.1~6.8	22	93.0	Geobacter spp.；Shewanella spp.；Albidiferax ferrireducens	〔58〕
ASBR	50	1	90		6.5~7.0	25	53.0	Acidimicrobiaceae sp. A6；Shewanella spp.；Geobacteraceae spp.	〔52〕
ASBR	50	2	120	0.03	6.8~7.2	30±1	56.9	Bacteroidetes	〔34〕
MSFB	100	4~6	60	0.05		30~33	60.0~99.0	Pseudomonas；Actinobacteria	〔53〕
EGSB和IC	279		56		7.0	35	36.1	Geobacter spp.；Shewanella spp.；Acidimicrobiaceae sp. A6；Acidiphilium spp.	〔59〕
厌氧瓶	50		70		7.0~7.2	33	66.7		〔60〕
MBBR	200	2~6	30	0.10	6.8~7.2	30±2	83.3~98.3	Gammaproteobacteria	〔54〕
UASB	>500	0.5	135	0.96		30	95.6（TN）	Acidimicrobiaceae	〔61〕
Lim-UAF	30	0.5~1.3	108	0.04	7.0±0.1	20±2	98.9		〔62〕
CFR	180	0.8	200		7.5±0.2	37	93.6		〔63〕
UASB	509	2	40		6.8~7.2	37	65.0~73.5	Geobacter；Iron reduction bacteria	〔64〕
EGSBs	60~100	0.2~0.4	240			25±2	62.0（TN）	Proteobacteria；Bacteroidetes；Acidobacteria	〔65〕
UASB	100	0.1	337			20~26	53.3		〔66〕
海绵铁生物膜	20	0.2	300	1		28±1	42.3	Bacteroidetes；Proteobacteria；Actinobacteria	〔67〕
SBR和MAMBR	200	2.0~8.3	600	0.01~0.06	7.0~7.5	35±1	60.5~64.4		〔36〕

[1]	蒋慧强, 张爱宁, 刘永军, 刘兴社, 杨璐. 苯酚介导下微生物高效降解酚类化合物驱动机制研究[J]. 工业水处理, 2025, 45(4): 62-71.
[2]	王超超,张星星,王垚,汪宇光,夏云康,吴鹏. 全程自养脱氮工艺的研究与工程应用展望[J]. 工业水处理, 2021, 41(5): 8-14.
[3]	温猛, 刘景明, 郭永福, 吴伟, 白仁碧. 改良型A/O生物膜法处理印染废水的应用研究[J]. 工业水处理, 2015, 35(7): 50-54.
[4]	朱友利, 郭劲松. 基于厌氧氨氧化的单级自养脱氮工艺研究进展[J]. 工业水处理, 2013, 33(6): 10-16.

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