厭氧氨氧化ppt講稿

1、關于厭氧氨氧化ppt第一張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月水體富營養(yǎng)化第二張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月水體富營養(yǎng)化2011中國環(huán)境狀況公報 在監(jiān)測的26個湖泊（水庫）中，富營養(yǎng)化狀態(tài)的湖泊（水庫）占53.8%，其中，輕度富營養(yǎng)狀態(tài)和中度富營養(yǎng)狀態(tài)的湖泊（水庫）比例分別為46.1%和7.7%。第三張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月水體富營養(yǎng)化第四張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月水體富營養(yǎng)化第五張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月水體氮素污染傳統(tǒng)生物脫氮工藝滿足厭氧氨氧化工藝低碳氮比、高氨氮有機廢水。第六張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Ana

2、mmox 定義Anammox：在缺氧條件下通過微生物的作用，以亞硝酸氮為電子受體，氨氮為電子供體，將亞硝酸氮和氨氮同時轉(zhuǎn)化為N2的過程。第七張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Anammox 發(fā)展簡史1977年， Broda根據(jù)自由能的變化，預言自然界中存在著能催化亞硝酸和硝酸氧化氨的細菌，認為它們是隱藏于自然界的自養(yǎng)型細菌。1995年，Mulder和van de Graaf等用流化床反應器研究生物反硝化時，發(fā)現(xiàn)了氨氮的厭氧生物氧化現(xiàn)象，從而證實了Broda的預言。2002年，世界第一座Anammox工業(yè)化生產(chǎn)反應器在荷蘭鹿特丹污水處理廠投入運行。第八張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022

3、年6月Baltimore 內(nèi)港、日本海Chesapeake 海灣波羅地海的芬蘭灣安哥拉的Benguela上升流英國的泰晤士河口丹麥Mellerup 河口南海等2002200320042004-2013海洋中1 厭氧盆地黑海2 哥斯達黎加Golfo Dulce 海灣北極圈極地海冰波羅的海過渡區(qū)大陸架沉積物Anammox 分布第九張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Anammox 分布除了海洋、河口、海灣外，在陸地生態(tài)系統(tǒng)中也存在Anammox，濕地、農(nóng)田土壤、凍土層、蓄水層等土壤干濕界面也有探測到Anammox菌。第十張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Anammox 生物脫氮研究荷

4、蘭Delft大學生物技術系：Anammox 研究的發(fā)源地；目前主要研究Anammox脫氮工藝及其應用。荷蘭的Paques 公司首家將Anammox 工藝工程化應用的公司。世界10座Anammox 廢水處理工程： 荷蘭的Rotterdam，Lichtenvoorde，Olburgen；德國的Hattingen， Mechernich；日本的Mie Prefecture；澳大利來的 Strass；瑞士的Glanerland 和Kollikon 以及英國的Pitsea 。第十一張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Anammox 生物脫氮研究澳大利亞昆士蘭大學的JS Fuerst團隊 ：研究細胞

5、生物學，與奈梅亨大學團隊一起探明了厭氨氧化體的結(jié)構(gòu)及其生理特性。法國的國家基因測序公司Genoscope與Nijmegen團隊、Vienna團隊以及Munich團隊 ：2005年完成了厭氧氨氧化菌Kuenenia Stuttgartiensis全基因組的測序。荷蘭海洋研究中心的Jaap Damste研究團隊 ：海洋生態(tài)系統(tǒng)有關厭氧氨氧化的研究，并探明了厭氧氨氧化菌特征性的階梯烷細胞化學組分 。MPE Bremen研究團隊 ：首次證實海洋中存在厭氧氨氧化活性 。第十二張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Anammox 生物脫氮研究浙大鄭平教授團隊：研究Anammox 菌種、工藝和設備。20

6、08年， 成功將Anammox 應用于味精廢水處理，建立了國內(nèi)第一個Anammox 處理實際廢水工程；中國科大俞漢青教授團隊： 研究Anammox 污泥顆粒化，成功培育Anammox 顆粒污泥。大連理工楊鳳林教授團隊：分子生物學手段檢測Anammox 的菌群組成。北京建筑工程學院郝曉地教授團隊：側(cè)重工藝及實際應用研究。華南理工大學周少奇教授、胡勇為教授團隊： Anammox 處理垃圾滲濾液。廣州微生物所沈萍教授團隊： Anammox 處理垃圾滲濾液。第十三張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月分子生物學：在生物化學與遺傳學、微生物學、細胞學、生物物理學等學科相結(jié)合的基礎上發(fā)展起來的嶄新學科

7、。研究對象：生物大分子核酸（DNA 和RNA）。分子生物學技術熒光原位雜交技術 FISH多聚酶鏈式反應 PCR變性梯度凝膠電泳DGGEDNA克隆DNA測序及序列分析分子生物學技術 第十四張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月熒光原位雜交技術：fluorescent in situ hybridazation，F(xiàn)ISH20世紀70年代后期根據(jù)已知微生物不同分類級別上種群特異的DNA序列，以利用熒光標記的特異寡核苷酸片段作為探針，與環(huán)境基因組中DNA分子雜交，檢測該特異微生物種群的存在與豐度。特點：可進行樣品的原位雜交，避免細菌的純培養(yǎng)過程可有效反應環(huán)境樣品中細菌數(shù)量及空間位置，并具有定性、定

8、量分析和空間位置識別特點環(huán)境中特定微生物種群的鑒定、種群數(shù)量分析及其特異微生物跟蹤檢測，采用該技術已發(fā)現(xiàn)了許多新的微生物物種。熒光原位雜交技術 FISH第十五張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月多聚酶鏈式反應：polymerase chain reaction，PCR美國Cetus公司Mullis等1985年一套大量快速擴增特異DNA片段的系統(tǒng)，屬DNA體外合成技術類似于生物體內(nèi)DNA的復制過程，重復經(jīng)過若干個變性、退火、延伸這3 步循環(huán)，就可以使目的DNA 擴增放大。通過PCR，可以在幾小時內(nèi)將一個分子的遺傳物質(zhì)成百乃至上億倍的復制。該技術具有特異性強、靈敏度高、快速、簡便以及重復性好

9、等特點和優(yōu)點。經(jīng)典PCR熒光定量PCR(Real-time PCR)多聚酶鏈式反應 PCR環(huán)境樣品DNA含量過低第十六張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月變性梯度凝膠電泳 denaturing gradient gelelectrophoresis，DGGE：Myers等創(chuàng)建，屬于DNA指紋圖譜技術。PCR擴增產(chǎn)物在具有變性濃度梯度的聚丙烯酰胺凝膠中具有不同的遷移位點，不同的GC含量在膠中產(chǎn)生不同分離的條帶，每一條條帶代表一個不同的微生物種群，通常用條帶數(shù)目的多少來反映微生物種群的多樣性，用條帶的染色強度反映不同細菌種群的豐度。DGGE在微生物分子生態(tài)學方面的應用：對復雜微生態(tài)系統(tǒng)的解析

10、成為可能對微生物群落動態(tài)變化的研究成為可能變性梯度凝膠電泳 DGGE第十七張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月環(huán)境樣品微生物分析存在的問題：得不到足夠的目標物質(zhì)進行分析微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)，能被純化的部分幾乎不到一半，真核細菌的蛋白質(zhì)則更難得到分子克隆：將目標DNA片斷插入一段自復制的DNA 分子（克隆載體）中，而后目標DNA片斷就和載體復制在一起，將這個攜帶著目標DNA片斷的載體在宿主細胞（如酵母菌）中克隆后就可產(chǎn)生大量的被插入的目標DNA片斷。DNA 克隆第十八張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA測序：采用高溫使DNA雙鏈變性，引物被退火后得到延伸。Taq DNA 多聚酶也

11、是DNA 測序反應中常用的酶，它能使染料標記的DNA終端分布更加均勻，具有較高的測序準確度。DNA 序列分析：測序后一個重要步驟。不同微生物有不同DNA序列，因此經(jīng)過準確和合理的序列分析即能鑒定目標微生物。通過網(wǎng)絡數(shù)據(jù)資源得到有關的序列信息應用軟件在數(shù)據(jù)庫中查詢通過系統(tǒng)發(fā)育分析確定微生物在發(fā)育過程中種屬關系。DNA 測序及序列分析第十九張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月細菌總DNA提取、特異性PCR擴增16S rDNA、16S rDNA克隆、16S rDNA基因測序和16S rDNA基因序列分析。 Anammox 菌的分子生物學鑒定第二十張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月迄今為

12、止共發(fā)現(xiàn)了9 個種的厭氧氨氧化菌，分別歸在5 個屬中，并建立了厭氧氨氧化菌科（Anammoxaceae）“Candidatus Brocadia anammoxidans”“Candidatus Brocadia fulgida”“Candidatus Kuenenia stuttgartiensis”“Candidatus Scalindua brodae”“Candidatus Scalinduawagneri”“Candidatus Anammoxoglobus propionicus”“Candidatus Jettenia asiatica”“Candidatus Anammoxog

13、lobus sulfate ” “Candidatus Scalindua sorokinii”Anammox 菌的分子生物學鑒定第二十一張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Strous等最先發(fā)現(xiàn)Candidatus Brocadia anammoxidans并確定其16S rDNA 序列及在細菌進化樹上的位置，B.anammoxidans的16S rDNA基因序列常被用來設計為特定的寡核苷酸探針，以用于熒光原位雜交(FISH)。Schmid等在德國幾個污水處理廠中發(fā)現(xiàn)Candidatus Kuenenia stuttgartiensis ，它們的16S rDNA 序列形成了一個明顯獨立

14、的種群，其中有85%的細菌與已發(fā)現(xiàn)的B.anammoxidans的16S rDNA序列相似性少于90%，因而認為是一種新的厭氧氨氧化菌。Anammox 菌的分子生物學鑒定第二十二張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月革蘭陰性菌專性厭氧菌紅菌470nm有較強的吸收峰多樣，呈球形、卵形等直徑0.8-1.1m無莢膜壁表面有火山口狀結(jié)構(gòu)有少量菌毛細胞壁細胞膜細胞內(nèi) 厭氧氨氧化體 核糖細胞質(zhì) 外室細胞質(zhì)生理特征個體形態(tài)細胞結(jié)構(gòu)Anammox 反應機理Anammox菌生理生化特征第二十三張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Anammox 菌圖2 顆粒污泥外觀掃描電鏡照片圖1 Anammox顆粒污

15、泥圖3反應器內(nèi)富集培養(yǎng)物第二十四張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Anammox 菌圖4 顆粒污泥內(nèi)部 Anammox 菌圖5 顆粒污泥超薄切片，透射電鏡照片第二十五張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月羥胺和聯(lián)氨氧化還原酶（HAO）厭氧氨氧化分解代謝的場所。1、特有結(jié)構(gòu)2、占細胞體積30%以上3、可完整分離4、單層不可滲透的膜包圍5、幾乎無RNA/DNA厭氧氨氧化體Anammox 反應機理第二十六張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Anammox 反應機理1997年，Van de Graaf 等通過15N 標記實驗發(fā)現(xiàn)： 羥胺（ NH2OH）最可能是氨氧化的電子受體，并推測

16、出其代謝途徑。厭氧氨氧化菌首先NO2- 轉(zhuǎn)化成NH2OH ，再以NH2OH 為電子受體將NH4+ 氧化形聯(lián)氨（N2H4） ；N2H4 轉(zhuǎn)化成N2 ，并為NO2- 還原成NH2OH 提供電子。試驗中有少量NO2- 被氧化成NO3- , 推測可能是為厭氧氨氧化菌固定CO2 提供電子。生物轉(zhuǎn)化過程中存在以下平衡關系: NH4+ : NO2- : NO3- = 1: 1.32: 0.26。第二十七張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Fig. 6 Possible metabolic pathway for AnammoxAnammox 反應機理第二十八張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月A

17、nammox 影響因素影響因素pH泥齡氧基質(zhì)濃度磷酸鹽有機物 溫度光第二十九張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月溫度：適宜溫度為30-40。pH： 影響細菌（電解質(zhì)平衡和酶活性）和基質(zhì)（ FA和游離亞硝酸）。氧：有抑制作用，微氧條件(0.5%空氣飽和度) 可完全抑制，但該抑制作用是可逆的；大于18%空氣飽和度，菌群不可恢復。最適pH為6.7-8.3Anammox 影響因素第三十張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月基質(zhì)濃度：氨濃度和硝酸鹽濃度低于1000 mg/L不產(chǎn)生抑制；亞硝酸鹽濃度超過100 mg/L產(chǎn)生明顯抑制。泥齡：厭氧氨氧化菌生長緩慢，故泥齡越長越好。有機物：異養(yǎng)菌增殖較

18、快，從而抑制厭氧氨氧化活性。Anammox 影響因素第三十一張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月磷酸鹽：高濃度的磷酸鹽有抑制作用。對Brocadia anammoxidans，加入1mM的磷酸鹽對其活性無影響，但加入5mM完全抑制；而Kuenenia stuttgartiensis耐受力為20mM。光：厭氧氨氧化菌屬光敏性微生物，光能抑制其活性，降低30%-50%的氨去除率。Anammox 影響因素第三十二張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Anammox 特點同比例除氮1234無機碳源CO2自養(yǎng)菌紅色生長慢厭氧對氧敏感第三十三張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月優(yōu) 點已知的

19、最簡捷、最經(jīng)濟的生物脫氮途徑與傳統(tǒng)硝化/反硝化相比無需外加碳源污泥產(chǎn)量少無需供氧無需外加堿度第三十四張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 倍增時間長，生長緩慢 抗沖擊負荷能力弱 對環(huán)境條件要求苛刻，DO、溫度、pH、有機物等會對Anammox過程產(chǎn)生影響缺 點第三十五張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月不同脫氮工藝比較參數(shù)AnammoxCANONSharon傳統(tǒng)脫氮工藝反應器個數(shù)112/進水水質(zhì)要求含氨氮及亞硝酸鹽常規(guī)常規(guī)常規(guī)產(chǎn)物N2, NO3-N2, NO3-N2, NH4+N2, NO3-, NO2-運行狀態(tài)兼氧微量曝氣好氧好氧，兼氧需氧量無低低高pH控制無無無需要生物截留量有

20、有無無有機碳源需求無無無需要污泥產(chǎn)量低低低高第三十六張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月1兩相Sharon-Anammox工藝2單相CANON工藝Anammox 應用現(xiàn)狀第三十七張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月兩相Sharon-Anammox工藝Sharon：single reactor for high activity ammonia removal over nitriteSharon-Anammox工藝是一種將短程硝化和厭氧氨氧化聯(lián)合的脫氮工藝。荷蘭Delft大學2001年開發(fā)的。第三十八張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月兩相Sharon-Anammox工藝 在

21、兩個反應器內(nèi)，先在一個反應器內(nèi)有氧條件下，利用氨氧化細菌將NH4+氧化生成NO2-；然后在另一個反應器缺氧條件下，以NH4+為電子供體，將NO2-反硝化。1 基本原理NH4+ HCO3-+ 0.75O2 0.5NH4+ 0.5NO2-+ CO2+ 1.5H2ONH4+ 1.32NO2-+ 0.066HCO3+ 0.13H+ 1.02N2+ 0.26NO3-+ 0.066CH2O0.sN0.1s+ 2.03H2O第三十九張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月兩相Sharon-Anammox工藝分別在兩個反應器內(nèi)實現(xiàn)部分硝化和厭氧氨氧化，能優(yōu)化兩類細菌的生存環(huán)境，運行性能穩(wěn)定。與傳統(tǒng)硝化反硝化過程相比： 運行費用減少90% CO2排放量減少88%，不產(chǎn)生N2O有害氣體 無需有機物 不產(chǎn)生剩余污泥 節(jié)省占地面積2 優(yōu)點 第四十張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月荷蘭鹿特丹污水處理廠2002年世界上第一個生產(chǎn)性Sharon-Anammox工藝在荷蘭鹿特丹污水處理廠正式運行，用于處理處理污泥消化液。設計處理流量為550m3/dSHARON 反應器有效容積1650 m3（=19.5m，H=5.75m）Anammox反應