一 研究背景
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3 I' g7 T0 E; x5 [, v2 s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。
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0 f' ^8 D0 N {9 l7 s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。' Z. e; R, i$ ?7 H3 i$ B y* b
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二 研究目的
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+ B% r3 t# X+ g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。: M6 q, D& t! U5 m5 d* V
6 E+ I6 @% s. Y* [) n; B: C3 F% S三 材料方法4 `* S6 d( X, L
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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。) Q* G" w, q2 k8 }# A7 ~/ t5 {+ u
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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。9 D, X8 `' B/ U4 {( V) ?; y0 \
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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。
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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。4 \) u) E5 D! a9 v) ]3 x3 L
$ o! ^. ]# m3 {7 p四 结果与讨论1 s* m6 K$ z' N+ W, Z9 c& s
; \4 ~6 S6 l" @7 h, K: O& i }1. Mno2对厌氧氨氧化反应的作用& l3 \: ~7 l9 f
3 o% i9 c: m) ~- G% f7 o8 F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。% Y4 O8 k: Y+ L3 o/ U5 k) ?1 ?
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表1 反应器在每个阶段的氮去除性能和化学计量比率
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2.Mno2对厌氧氨氧化反应中生物颗粒特征的影响/ Q. D# [' t( J5 ?
. z1 O! o% Q2 S8 A4 `! ]$ z. x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）。
5 D5 I+ p# ?2 M, k' d4 e# c9 _4 H; [" C* ~1 ?+ }2 j: G* w/ }
( L t h" k. M1 Y
+ ^: w% f7 r; g' | y, @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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8 Y( V) q B! 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。
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) R! x: A( t- N ?2 X7 X! ]图2 反应器中厌氧氨氧化菌的血红素C含量的变化。
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1 @' k) B5 Z5 y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）。0 e' Q! Y- c% w
1 ]. w$ J2 ^1 L; D/ q, D1 e* E; ]
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" ~, A3 @# H# @7 H. 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。& k4 M& L2 o, ~. h7 P, l: C( A4 E
5 ] v0 M" v- `( T/ [PN：蛋白质，PS：多糖。
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1 _/ D% M: m$ a8 s, y3. 微生物群落组成和多样性
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7 \! O6 M) E; z$ f; O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。% ?" @. D z! u6 B; b o
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: v" e: o0 M9 W: j- D0 ]表2 反应器中污泥样品的细菌多样性指数。 J1 \/ J# K, ~
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4 B7 {$ [, i/ V; V9 Y# @- \
+ D, b9 ^. ]% c3 C n& h/ d, ?; m# p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。
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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。
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' H7 n! X, W5 T
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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。) t4 Q0 I: v( S; j2 f; p% T8 M
9 i# i9 T) I1 D5 r（B）表示从属类划分。
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& g) ^6 A9 L3 e8 A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
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1 q' R! D: s8 R. ^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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* W+ M4 j: e5 d+ w文章题目：Roles of Mno2 on performance, sludge characteristics and microbial community in anammox system# e) k: j( \$ O6 Z4 f
发表杂志：Science of the Total Environment: K2 [" J) U/ p& ~
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