一 研究背景( f. Y% E2 O6 l0 n
. Y# g8 v' P" f; |, Z( |5 h) P6 J( X
0 N+ o3 Q3 N m; H3 E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。
: o0 q) O2 J& `2 [% l+ [7 T4 o( ]2 ^/ }6 B1 z: E9 _
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。
! S6 w4 h3 X% K$ l5 p0 V( ?0 y" H) Z! y
二 研究目的
& J" m* w& Z) i& }( {/ ~2 Y n9 Q
+ h% \5 Z z8 S+ f5 Y% m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。
0 _; \2 i9 M d4 k; C3 C, k- _3 ^! j9 t+ a, P" I) z {
三 材料方法
/ J% n/ k+ ~8 U. f; |' G
! K6 Z: s& l2 d0 E1 U* T" z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。
9 s; L: }2 h. J
( o. G9 X( r8 c, m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。
* g5 O$ D2 F- X4 v. d( A1 o5 b% ?" O( C9 G) G" | 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。
4 ~7 j9 U! ]( i0 |6 Y& w8 s+ w
$ q0 v7 x: E j0 _+ E2 O6 a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。# W# }$ B: M+ W8 y( } a+ ?! {& E
n G. p5 e' N& N3 g* D
四 结果与讨论- G( h4 I! f' P$ ^
" }/ `& F8 F/ n+ m. O. |+ S! Q
1. Mno2对厌氧氨氧化反应的作用
5 W6 m9 n$ g5 T9 L1 L! N) }1 I. o% p c
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。- s& a0 a: I, h3 M% N
s( a# H- s% A* d
" E; D7 O9 \; f; B
表1 反应器在每个阶段的氮去除性能和化学计量比率, T; s9 ~8 K' X
/ w8 r5 |3 K* I2 g3 V
2.Mno2对厌氧氨氧化反应中生物颗粒特征的影响. ~' e% t3 {% O9 ?& ?9 _$ G
, D: w$ Q u6 i! J
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）。
; [9 y. n( }3 C5 o9 P* V1 }( s8 U: h$ S& j; d6 j
) Y( H; E- j* d0 b2 G* _! a
6 h2 r# u! e- C1 Y3 v2 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。, _: R+ M9 M- K6 k
6 f1 Z1 {' P0 Z% r7 `: Y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。
9 ~/ k+ D& }$ {$ Q
9 {; o. a2 @1 p0 X
b+ G3 Z# U: f. s% Y1 e5 e* l2 t# c* S! i2 }& @ T) T
图2 反应器中厌氧氨氧化菌的血红素C含量的变化。
* o- V4 c! g# M) f4 X. z/ p' i5 u
( m, _& G9 c' ^8 u5 v" A) d( `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）。
" E0 u" _9 E% R+ Z3 }( ]' M5 _2 `5 E' T
7 c- P& A0 C& o5 q5 k$ _ `& ~4 h. v3 O8 x' M ]
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。
! o1 Q3 M3 l; F5 Y$ W" R3 N; W/ T8 b' k2 ^4 Y0 [6 j0 i4 h
PN：蛋白质，PS：多糖。
& x: ~2 Y% G0 x ~
6 f2 x! b( d o: s' o U3. 微生物群落组成和多样性5 I9 i4 A3 Q9 O: o f
; f+ z" P/ \0 O 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。
, H) O$ g7 i) J i( S
3 {. Z" ]8 K! l0 i! I2 K; `
7 z- |% {" p% A7 F8 h- n! [- v& g! |2 J6 N. O$ ~# z
表2 反应器中污泥样品的细菌多样性指数。$ i3 P; f- @( B. x
7 w* @. \/ a: n9 c9 r8 R
! ^3 g/ S# A$ p
6 o$ p: S2 r8 P/ k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。/ o' ^ k* d! x+ w3 Y: n, Z
. Z; m; W$ J9 T. R3 m0 f% P
3 ~) k5 x' o8 i& y3 `/ X* i# i2 l' O/ `7 C7 g0 W7 H- y
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。
* M& {, H( i/ V$ b2 z2 S
( P5 O( v8 ?% E2 ^& D0 |$ s
. L3 F4 O; [0 t4 V1 L' {8 c* i
' }2 n5 r9 j/ e3 O+ Z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。2 l) C) f* _0 o9 o0 o' |7 |" z1 x
# J2 V% W- F! t（B）表示从属类划分。
$ K2 u3 l% U5 a- w( U
# W8 \) E: }& M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。/ i& o1 s2 X" f v$ c
1 [ f @7 D8 r3 S, x% O/ P
五 结论
5 l+ K0 j' y% U; t" C: d2 v# a, h+ p; A
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。% z! m- N8 ^3 ?! ]0 D' v
7 k+ y" d! d* J& {) ?( n1 F
文章题目：Roles of Mno2 on performance, sludge characteristics and microbial community in anammox system7 k1 P3 e* ?7 ~ t% b5 b- d" {! B
发表杂志：Science of the Total Environment: [' P3 r7 q" J
0 c: R' C# E2 j. t( L( Q |
© 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