一 研究背景
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4 M) k5 h7 z8 e3 Y8 b! Z0 i厌氧氨氧化是一种生物介导反应，在缺氧条件下，自养厌氧氨氧化细菌会以亚硝酸盐为电子受体，将铵盐转化为氮气。该反应与传统的硝化作用和反硝化作用相比，产生的污泥和温室气体量少、无需有机碳和运行成本低等特点。因此，在富氮废水处理工艺中，这种生物除氮方法具有很大的开创性和应用前景。但该体系对多种环境因子较为敏感，在一定程度上限制了厌氧氨氧化反应在工业上的直接应用。因此，研究人员尝试采用富集氨氧化细菌、生物膜或膜反应器、物理、磁化、电子和生物强化技术方法解决这些问题。也有研究人员采用添加化学物质的方法来增强厌氧氨氧化过程。! o; M' ?, u7 y6 n _9 z* \8 S
8 U [) y3 w' Y锰具有特殊的物理化学性质，锰氧化物在海洋沉积物中扮演了重要的角色。氧化锰的去氧化反应与含氮化合物的转化、氮气的生成紧密相关。研究表明，厌氧氨氧化反应会发生在海洋底泥生态系统中，锰的氧化反应能够促进厌氧氨氧化过程。然而，在人工厌氧氨氧化反应体系中，锰的氧化反应对特异微生物群落的长期影响还未被深入研究，且污水、底泥中的Mno2对厌氧氨氧化反应和特征也是未知的。目前研究发现，不同水流中Mno2的浓度差异较大，厌氧氨氧化反应的最佳Mno2浓度范围仍需要探究。* V8 k. M6 v5 d" N5 R. G+ `) E
* j0 Z9 \$ U. `" L7 x7 i
二 研究目的
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2 t: z; C0 [# l7 I5 }# u2 j本研究旨在探究Mno2长期暴露对厌氧氨氧化体系中颗粒的影响，主要包括以下几个方面内容：(a)不同浓度的Mno2对氮去除效率的影响；(b)厌氧氨氧化颗粒性能的变化；(c)微生物群落结构的变化。这些信息能够评估厌氧氨氧化体系对微生物群落稳定性的影响，从而进一步提高工艺水平。
C Y! x4 ]0 y7 X' T( [8 w% `. ?- W2 ~( U4 S
三 材料方法
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1 @1 v' X: H5 Q& I污泥获取方法：厌氧氨氧化接种污泥从35±1℃固定温度下运行一年的3.5 L规格升流式厌氧污泥床（UASB）反应器中获取。
4 V! @7 n$ |. m" A- x, [" {. Z
: p, }. p7 s1 P合成污泥组成元素：反应培养所用的合成污泥由铵盐、亚硝酸盐、无机盐溶液和微量元素组成。
& ?; k+ g9 M9 `/ V$ @; C
: V, k' ?' H( `2 k# b/ R! N. C测定和分析方法：采用苯酚-次氯酸盐法、N（1萘）-乙二胺法、苯酚-二磺酸法、APHA标准方法、加热萃取方法、蒽酮法和改良酚试剂法等对其进行测定和分析。
0 W+ [; ~5 A3 S- w |: Y
2 h) S1 @& ]: T4 a( [& C3 {6 ^+ ]6 K取样和测序处理：取在反应器中运行第25、145和175天时的底泥样品，扩增16S RNA的V4区域，测序并进行微生物群落分析。
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5 N7 n* ]- |2 r: L8 N- P( l四 结果与讨论 K) t, F% A5 V/ m3 P
) I/ Y# o+ j# z2 V( r+ f; R1. Mno2对厌氧氨氧化反应的作用) I$ C& s, W6 F9 F5 _& k9 F7 Q- o' H
! y" w4 f& z4 j) K) R+ U$ ?$ k从P0到P5阶段，流出水的PH值先降后升，且在50 mg/L Mno2时该反应体系即可达到最佳效果。: ? l+ n6 E ]" @, P$ v/ N! t
& ^; y9 s: ~; a! S" ^+ O
: q& Z6 k; g# T8 [6 p F1 Z表1 反应器在每个阶段的氮去除性能和化学计量比率3 Z' \4 ]3 }+ P/ L. J
; [$ k+ C+ ^9 e. y. g% g2.Mno2对厌氧氨氧化反应中生物颗粒特征的影响
: k9 Q& _+ d; I6 m! K+ x1 J1 H" T8 `9 |5 C ^. l+ H5 Y) c
厌氧氨氧化反应中Mn2+的添加能提高SAA水平。该生物反应对生物量的变化无显著影响（见下图）。
; @' J5 L5 [ R' J0 S" e4 M0 Q' _$ [
4 L* q s9 S1 a$ e, W# [9 l8 J: v9 `6 F0 ~9 ` d
图1 在不同阶段，反应器中厌氧氨氧化菌的特异厌氧氨氧化活性(SAA)(图A)和生物量的变化。SS：悬浮颗粒，ASS：挥发性悬浮颗粒。
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5 p3 C& r; j& v& z同时，由下图可猜测该反应产生的血红素C与Mno2的添加有关。# O$ `2 U) `6 g9 N
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' g1 f* p, N9 @) Z, V
# t$ i2 _) f5 q- q. Q0 \& {
图2 反应器中厌氧氨氧化菌的血红素C含量的变化。1 M0 d0 m* `6 Q) x* _
A" R1 j @/ D8 z0 n) {
长期驯化能够提高自养厌氧氨氧化细菌的适应性，Mno2的添加能使微生物产生更多的EPS，EPS的产生可能更有利于脱氮作用。高浓度Mno2使厌氧氨氧化体系有更好的沉降性能。Mno2的长期添加对沉降性能的提高有利（见下图）。( b2 C7 L1 F# @: L' U
4 W! a2 S* v. p. p# _2 H2 x. ^" L
5 N7 @" G' y, D6 p7 B) h) a6 o6 d* ^! @4 s$ |
图3 不同阶段，MnO2的长期添加对厌氧氨氧化菌的胞外聚合物（EPS）数量（图A）和沉降速度-Vs（图B）的影响。6 |4 n( [7 u) F6 E) f" ~* r
V1 \2 ^4 }5 Y( g( J) \0 e
PN：蛋白质，PS：多糖。2 w3 l2 c. ]; X/ H6 r& Z
( u1 s; s5 i* N8 j k3. 微生物群落组成和多样性
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) z5 G5 T/ a& P8 N2 l1 p由下可知，随着Mno2的持续添加，微生物群落的多样性也持续升高。
; j; B7 [+ i6 e2 T5 o
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表2 反应器中污泥样品的细菌多样性指数。
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1 h9 ~% B, a' Y$ q
0 w& A/ b! i) z, B; w图4 反应器颗粒污泥中数量比例大于0.5%的微生物群落结构。（A）表示从门类划分。
' L4 x& K/ j2 S; C% i! q7 [$ p- g& d$ {* w2 E5 p
+ J" |9 i% [7 Q D2 y) H0 s M: S( r# u! e8 {: M" M% z
图5 反应器颗粒污泥中数量比例大于0.5%的微生物群落结构。（C）表示从属类划分。3 @' n/ W9 l; ^4 U) M, P5 s
' T" d+ v% |9 M! R
+ E3 I) h. v: j1 V
3 k0 G, ]$ Q/ [( N
图6 反应器颗粒污泥中数量比例大于0.5%的微生物群落结构。
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# G5 x' [. d1 V（B）表示从属类划分。/ f6 T- S% S" O; P& T" j
+ _5 M7 g( D) M; m! x: w) e本文探究了Mno2、细菌和NRR之间的关系。结果显示，浮霉菌门（Planctomycetes）与NRR呈正相关关系，表明在UASB的厌氧氨氧化反应过程中，浮霉菌门（Planctomycetes）对氮的去除起到了积极作用；另外，在该反应中，Candidatus Kuenenia数量比例与TREN值的变化一致，表明Candidatus Kuenenia 对厌氧氨氧化反体系中氮的去除至关重要。
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五 结论. Q& q3 k6 B3 ?* u
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长期添加1-200 mg/L的Mno2对氮的去除起到了积极作用。NRR与理化特征（沉降速率-Vs）和生物学特征（SAA、血红素C和EPS）有相同的变化趋势。随着Mno2的持续添加，微生物的优势门、纲、属的丰富度和多样性的变化增长趋势一致。厌氧氨氧化菌（Candidatus Kuenenia）总是保持为优势属。从试验结果和经济方面来看， Mno2浓度达到50 mg/L时，该反应体系即可达到最佳效果。本文研究结果表明，Mno2在anammox体系中起重要作用，它不仅能增强该体系的运行性能，还能起催化作用。
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' l; N4 w' i2 C T$ w/ U; o/ H1 H文章题目：Roles of Mno2 on performance, sludge characteristics and microbial community in anammox system% w" C( n7 c' S. M/ |% ^7 N
发表杂志：Science of the Total Environment1 \$ ?1 v! @. n3 d& I
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