一 研究背景
8 {* Y8 F) M8 U8 V j
% r `4 U3 k7 P x# g3 c1 ~5 T1 V2 E% R! d* h& J+ `
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。
) p+ t# F9 |$ v! {, p+ Y" f. e: Y. i/ `6 C2 J+ N2 g9 V
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。
! M9 ^. x9 r2 L' _6 T2 h' }- v" V9 n" O- x" F
二 研究目的 @( r4 I; L; m& `8 r7 l. p
8 L9 t9 R5 A4 F/ Z' {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。
$ Q/ x1 Q1 G+ Z+ Q9 V- B& U1 e; Q3 h5 U
三 材料方法
( x0 |, Y/ b7 a$ ]: i3 M- }' Z, ^ s" @
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。
6 c% O6 u( q" n% X) A5 q
& Z) u3 p8 z+ j c6 i v& k7 k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 g9 g( n# u$ }/ c( z! s! n
' ~. B k4 \: p& p& U0 c, _9 H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。
" y( C( D. |) C4 K ?" _1 v0 Y7 x9 c% K" R0 [) Z
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。5 m, F' V S7 D1 a1 i( H
1 c! w z" t, g四 结果与讨论 q! ]6 {8 P& b) H
4 _% y7 p7 @2 E' ^ A1. Mno2对厌氧氨氧化反应的作用
) }) K( P8 U7 t7 W; k
+ N5 F+ c0 J# T: d- z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。* G5 J O: e: I8 G
5 p$ s* e- f6 o, B
W4 u2 c6 g9 U
表1 反应器在每个阶段的氮去除性能和化学计量比率% F' t% c6 L7 I
& y" d# y8 c; s& X5 N' ^2.Mno2对厌氧氨氧化反应中生物颗粒特征的影响; B4 J" \' y) \3 I: o0 k
+ U8 A; ?+ w; \3 ~3 ^( N `6 a
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）。
8 c q( @7 K- W: s. w# B
S0 M7 o9 f3 g$ v3 Z$ P+ s. `& u) h, h
/ i3 W' ~) ?. g H& [* D, ^
% s& Y5 M/ v" j$ k, J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。 a$ f: ~4 b( |8 b
6 `. r5 p0 ?8 R# y2 U2 J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。8 L0 p' S) E( P0 E
* o7 p. ~7 K& M8 C0 G z
0 |0 j9 C6 h# x6 Z9 q* T
7 O. b$ U7 @3 Z( v3 O n图2 反应器中厌氧氨氧化菌的血红素C含量的变化。4 o7 }: n4 ]2 \, b9 ^
n1 U( m/ w# r3 ]
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）。9 `. j3 t$ `' n
/ o9 Z- [8 c# @) E3 E: v* C
$ l; i4 S7 U5 p( F' Z5 P7 o
+ Z7 `3 A" f z: G2 H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。3 a6 F7 w( |8 a( A% D* D( f+ x
3 q6 d* E9 ~; \& @4 L& L9 b. Q
PN：蛋白质，PS：多糖。
! @/ b, R7 m* b4 @& ^. R) v; \0 R
' f5 b6 E# P( n* l5 ?3. 微生物群落组成和多样性 G) R5 K( {! C. Z
# [2 q9 ~( J% Y
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。: c6 W; F1 R H8 a0 o5 c2 T. P
3 a% g; d8 T, ~$ p
" h& _5 c( m7 @ R* l; r
4 h+ z# c# e* ?+ Z5 z表2 反应器中污泥样品的细菌多样性指数。
+ j2 `1 V7 _) T; }+ U9 c
: L3 }+ X1 `$ r9 r, Y- p: G
/ F/ k, y/ }8 F4 _( _8 r2 V
3 s5 J5 n* D3 s0 T
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。
7 `2 _; G1 U5 J2 m+ m4 q* f x2 R. v- S I
% \$ p1 `9 {# t& U# f2 j. ]9 U0 h
7 b: ]% S8 @0 u c" @! D# I# y5 w
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。6 h6 f1 u4 z3 i. S
- M+ H( p1 E) l, {# ]
) B" m% F9 `# `9 q0 l) G" _7 m" d D9 u0 c6 s5 w, ?
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。
5 E! H) [. s% e$ H9 V
" o7 W! ]% q/ Q# {/ o. s& ]（B）表示从属类划分。
5 F+ w8 n) A1 ^ R
q7 a5 D8 f( ~! J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。5 H2 Q( A; m. X% y1 M* r
/ p, J8 y9 N! c6 K& h% {# D
五 结论
7 ?7 X! C, @2 z3 r! |! {1 W7 n4 K' y! `$ G2 m, T" U9 h
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。
6 j' H! e2 K1 Z5 D8 e7 Y$ A1 ~) u" J
) ~5 U2 p5 C) G- r) E文章题目：Roles of Mno2 on performance, sludge characteristics and microbial community in anammox system
+ \) |# A# J! P1 {8 M1 G1 m# z# a发表杂志：Science of the Total Environment& {, p% j) ]' m( @4 A5 u+ F
9 i3 `' [4 [ L9 |2 \
|
© 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
混凝澄清常用设施及调运