一 研究背景/ B+ Z5 D T6 a6 y, j
7 N; k+ _* s( y2 |8 N$ q
6 b X* y( o: N& \) O
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。( l) P2 \! }2 Y. T! L" W( `
& b! j, U# f2 e+ P/ r
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。( W4 }* T7 g1 Q) y9 w+ N
r8 Q) U. p: G- Y0 k: y7 A4 }
二 研究目的
! S/ w: t" v! {, `7 p
% M- q* j; C! n9 q" I, K$ k: I: q" A# d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。" Y" ~6 F/ f. s
, c$ ^' Z& J0 X6 Z. b. ]
三 材料方法" A" g* P% J9 n3 N
0 g! U5 k2 x* ^2 t
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。
! x5 m$ d& Y1 G/ m2 b, V& F9 d7 h7 J
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。3 Z. E3 b; ~8 p* x5 |" }, s
5 k) Y% H& g; 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。3 y, _1 ?! |6 q( R% m1 I8 u
( ~1 N0 H1 g& U4 s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。" d6 e( D; D" X U# r4 A7 M3 R
/ z8 E$ e( p2 c& q* x" H- X
四 结果与讨论. N8 ]2 @% D b" Z% J/ y
4 h" r& v% j. b/ q( d. D1. Mno2对厌氧氨氧化反应的作用
% I ^' ]' e1 r
" Q! G) X ^' V, E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。% M8 W4 I! n/ [ X# Z1 B$ E
& ]( k, h) [" Z* ?( i6 ^. [. F7 l9 t ~
表1 反应器在每个阶段的氮去除性能和化学计量比率5 _) F8 O# Z9 `
* M3 }# _9 b0 k/ e8 w8 W+ `2.Mno2对厌氧氨氧化反应中生物颗粒特征的影响* v) X8 z2 m) B% M6 D
8 ]* @: h$ z* g% k2 w( \2 ]
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）。
% a. x8 t { ?+ X
' S6 c2 N# p! p& g+ d' g! K% u
! v7 y, v# H, d$ ~* u, l# C+ N) c9 n9 k0 I0 |! O
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。# g9 ]* n6 y8 m: N6 o/ t$ u h
1 C# K( y1 b/ p0 [9 }* F8 L+ n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。
+ `, m8 U- P% b) C- y
4 d& q) p% e9 u1 z8 p" h/ h! t! }
- [6 F6 L% K: _9 d2 ?
4 P1 C1 o5 G1 Y$ c. T/ x/ h图2 反应器中厌氧氨氧化菌的血红素C含量的变化。 O4 U! `# D1 V5 H' W
# k6 b; r' c9 c( g" l& B; A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）。( J: u! a9 N2 N9 \
S5 d2 V# }1 R3 I% B
* o/ ?: z( t: m) X1 e0 ~
0 a! g y1 p' A V2 Q2 \! f
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。
, I" n3 R7 l0 ]- `3 L2 Y& i, Q
' c; t& `5 Y% U8 g9 ZPN：蛋白质，PS：多糖。
% n/ O+ s+ i7 z5 y: u. |
+ @6 _5 t: G6 W3. 微生物群落组成和多样性
E G2 `2 Z$ v
; M8 t9 R- ~/ i* F3 o7 W6 h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。
$ B5 [" P( {/ n) ~) \7 s; q- b/ ^) |- v6 z' a7 ~
$ W0 \0 Y+ D! S4 A9 K/ U
3 z- e, t. t- E: j [
表2 反应器中污泥样品的细菌多样性指数。
3 G$ y+ L- K# w
/ A$ b) o+ z3 R8 O
, Y1 k1 N+ ` S \; V$ [9 ^5 V
f& |9 D$ g4 b$ R& w/ j
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。: D3 V8 E1 I- h; ?7 J/ t* r! t! v
% }+ L: d% O4 L. C% q
6 T* i# X$ C4 j7 v0 c" _# o4 W- q# D4 ]* `: u$ G- B; f2 _& k! O
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。2 c9 t3 A# b4 d( t' T* ~
/ o' t( _) \4 [$ U- r
: n4 @! B E! d/ j
& [& b0 a8 W/ H1 D% b
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。/ ~- p9 C5 L$ i. }% Z+ |( P! s
7 r9 o& T7 c) R4 r9 `. k7 U& L
（B）表示从属类划分。% o: M! }+ I# L* x
/ ?+ ~& @8 m/ L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。% L- h' {% F& ~+ Y4 @/ U
: H* _, D' v. c" @( G) o0 b五 结论
1 c9 D! C1 u! ]3 N4 o0 w+ M, ~; u$ e
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。5 D* r( ]! K! ]# U; m7 L& H# E
" s* a7 x" u4 _. ]) b( L
文章题目：Roles of Mno2 on performance, sludge characteristics and microbial community in anammox system
% k4 K8 @- T4 ?( } o发表杂志：Science of the Total Environment+ V B/ u0 A5 w# W/ c* p7 o$ }
( r9 M0 G6 ?! l* v& S# c0 i+ s5 j |
© 声明：本文仅表作者或发布者个人观点，与环保之家[2TECH.CN]无关。其原创性及陈述文字、内容、数据及图片均未经证实，对本文及其全部或部分内容、图片、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺，仅做参考并自行核实。如有侵权,请联系我们处理,在此深表歉意。
|
![[报告]2021年世界水发展报告执行摘要 上篇](data/attachment/block/26/26edfcc068c2e848c8d8a8121831a5c9.jpg)
![[报告]2021年世界水发展报告执行摘要 下篇](data/attachment/block/21/215be821e512fdc16636ad656b4f7e23.jpg)
![[报告]2021年世界水发展报告执行摘要 上篇](data/attachment/block/8e/8e28e46df3c3a206beef50782485f88a.jpg)
[报告]2021年世界水发展报告执行摘要 上篇
深度：关于内回流，你应该知道的！
污泥热水解消化工艺的性能与成本解析
实践：化学氧化+化学还原/固化稳定化协同修
案例：广州京溪污水厂地下式MBR工艺应用
探讨：水泥厂烟气污染协同治理