“紅菌”（厭氧氨氧化菌）的前世今生
【上世紀80年代末，在荷蘭代夫爾特一個酵母廠的污水脫氮流化床反應器中，一個奇怪的現象被發現了，反應器中NH4+ 消失的同時有N2 生成，可以判斷這里面存在之前科學家推測的厭氧氨氧化反應。】
20世紀，全球人口增兩倍，人類用水則激增五倍，約12億人用水短缺，水資源短缺尤其是水質性缺水成了世界共同面對的資源危機，生活、工業、農業污水是污水主要來源，污水處理順理成章成為新興朝陽產業。污水生物處理的實質就是通過微生物的新陳代謝活動，將污水中的有機物分解，從而達到凈化污水的目的。污水處理在水質改善的同時，還要求所采用技術低能耗、少資源損耗，厭氧氨氧化與亞硝化工藝相結合的氮的完全自養轉換方式是一種最可持續的污水脫氮途徑。厭氧氨氧化菌就是這神奇途徑的承載者。
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新聞報道中稱厭氧氨氧化菌叫紅菌，這是為什么呢？ 厭氧氨氧化菌呈球形、卵形，直徑約0.8-1.1μm，在自然界以及廢水生物處理系統中, 厭氧氨氧化菌豐度很低，幾乎檢測不到其活性，當其在生物膜上有低活性的時候，污泥就不是通常的黑色了，呈現為灰色，馴化一段時間后，隨著菌數增加，污泥顏色轉變為紅棕色，由于厭氧氨氧化菌含有豐富的細胞色素, 當其成為優勢菌群時，成熟的厭氧氨氧化污泥呈現美麗的深紅色, 污泥顏色的變化也可用作厭氧氨氧化反應器啟動進程的指示。由于這與眾不同的紅色，污水處理廠的工人們就俗稱其為紅菌。
紅菌的發現之旅：用于污水處理的微生物一直存在于自然界，但進入污水領域大顯神通則因為人類的認識有早晚，則入門有先后。比如20 億年前就蓬勃存在的光合細菌，上世紀70 年代起就成功用于有機廢水工藝。但是一樣廣泛地存在于自然界中的厭氧氨氧化菌，其發現和應用就戲劇曲折多了。 1977 年，科學家推測自然界中可能存在化能自養微生物將NH4+ 氧化成N2 , 但一直沒有實驗證據支持，一直到上世紀80年代末，在荷蘭代夫爾特一個酵母廠的污水脫氮流化床反應器中，一個奇怪的現象被發現了，反應器中NH4+ 消失的同時有N2 生成，可以判斷這里面存在之前科學家推測的厭氧氨氧化反應。科學家經過3年的重復，于1990年確證了這個代謝路徑的存在，與硝化作用相比，厭氧氨氧化以亞硝酸鹽取代氧，改變了末端電子受體；與反硝化作用相比，以氨取代有機物，改變了電子供體，化學反應式是這樣的： NH4+ + NO2- →N2+ 2H2O
【盡管厭氧氨氧化菌屬于最古老的古生物菌，在自然界廣泛存在，貢獻了海洋中一半的氮氣，應用到污水處理研發時，卻因為條件苛刻、系統脆弱而推廣速度緩慢】
但這種神奇的細菌不容易控制，采用傳統的系列稀釋分離、平板劃線分離、顯微單細胞分離等微生物分離方法都以失敗告終，1999 年，荷蘭科學家利用密度梯度離心的方法，第一次得到了厭氧氨氧化菌，約200到800個細胞中只含有1個污染細胞。遺憾的是時至今日，全世界都還未獲得厭氧氨氧化菌純培養菌株。慶幸的是眾多科學家協同攻關，在2006 年利用環境基因組學的方法完成了這一非純培養菌株厭氧氨氧化菌的全基因組序列測定，發現200 多個基因參與其氨氮的短程轉化代謝過程。
占細胞總體積的30% 以上的厭氧氨氧化體是厭氧氨氧化菌中最為重要的也是最獨特的細胞器，目前被假定為內共生起源的細胞能量產生體，這也是第一個從原核細胞中發現的獨立產能細胞器，類似于真核細胞中線粒體的功能。厭氧氨氧化菌在缺氧條件下，無需有機物參與，可以直接將氨氮和亞硝態氮氧化成氮氣，較之傳統硝化反硝化反應較繁瑣的電子傳遞過程, 大大降低了能耗，是最經濟的生物脫氮途徑，脫氮成本僅為傳統的十分之一，無疑成為污水脫氮處理的一個極富吸引力的方向。
目前，在全球也僅10余座大型厭氧氨氧化廢水處理廠。2002年，歷經三年半的調試，荷蘭鹿特丹建成的世界上第一座生產性質的，完全厭氧氨氧化污水處理反應器才最終達到穩定運行狀態。厭氧氨氧化反應器啟動過程實質是其內微生物活化和增殖的過程，由于厭氧氨氧化菌11天才能完成一個倍增，污泥產率系數較低，活性又易受到氧的抑制，啟動時間通常要半年。之前世界上已建立大型厭氧氨氧化廢水處理工程10余座，荷蘭、德國、日本、澳大利亞、瑞士、英國都有，國內也有幾家，歷經7年化蛹成蝶的北京高碑店厭氧氨氧化污水處理廠算是國內目前比較大規模的。
盡管厭氧氨氧化污水脫氮處理技術有卓越的優勢，但作為生物處理，必然具有一般生物的局限性，比如抗沖擊能力差，受環境影響大，對廢水的有機物含量配比要求比較苛刻等。復合工程菌的開發與利用以及組合工藝的研究將成為厭氧氨氧化污水處理工藝未來的發展方向，細菌和微藻的協同作用也是一個熱點。
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