一 研究背景
& i. [% m( k# M B8 T) n/ Q( H# `7 P3 n k, W
5 {$ N( Z0 \6 |5 t9 g8 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。- D+ V: U0 \: T1 c
( [, R+ f( j' b( ^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。
) a" p# e& y" G3 }. v5 A" v2 }, T# H3 | b
二 研究目的
* z9 E: ^2 h5 W, N) H3 E9 n; g# U2 x0 r. Z; T0 V6 a0 v
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。' E1 H% U" k/ t2 B4 [1 t3 X7 M! B
8 Z' T3 J2 ~' c! J+ ~+ R
三 材料方法
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8 i% ]: W. e( [4 f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。
$ T! u. j/ `+ X7 I4 e; X g8 g+ m% X
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。4 H0 [ _" x. ~8 ?6 p. W
' A; E: X; b# B* i( |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。
- `, d; `1 k6 W; a- f6 C$ f/ Q7 J$ s9 e
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。
1 T; X$ E5 Y1 I, u
( P4 j- I4 G) i# d2 S: }+ i9 a四 结果与讨论
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2 d" B' v7 C# e( _( v1 L* f1. Mno2对厌氧氨氧化反应的作用
. ?* k* `! ]1 ~5 Y0 W, d
3 }4 K: `* P4 x5 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。8 H7 D7 _$ }: m& a7 Q- c- ^0 x: j
, g2 K: ^4 l) f/ s
" _+ a4 [3 J$ [- M/ Q0 j表1 反应器在每个阶段的氮去除性能和化学计量比率2 A t% F& j/ F7 F0 q
7 m1 M2 A' ^7 S R2.Mno2对厌氧氨氧化反应中生物颗粒特征的影响
: Z1 p: W7 c ?3 ]: n# l6 V
2 _& w' m* U! ?: U, { X7 m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）。! d# l9 T) P/ ]
% e7 G: t9 S3 o+ H' S
; T. F/ c( d/ l% l# e
. W7 c5 V ?" b& x1 a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。$ s' D% O, L' m0 R* ^: W: z
7 O5 g- X; V4 N6 \ w* 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。
, C: n- q/ m: K! y7 ~
* L% h4 z) b8 j* [" ~( R4 K
9 r( i. v( f9 v+ _
& P( E7 M3 G5 R/ I' y7 b, S0 J图2 反应器中厌氧氨氧化菌的血红素C含量的变化。) P# F8 s/ C" P2 r
7 c6 z) N; F* ]' |" l" G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）。
* h2 R8 @6 O) }" Q8 U
7 z& P! n$ f* O' K- n9 x* K6 | Y
$ h0 ]' P# C6 J0 M6 Y+ w
/ h. U, Q& ~% g% z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。- P( l# ` e) ?9 G v Z
- z( `% r4 z9 X5 T2 s$ D, z* lPN：蛋白质，PS：多糖。
4 t, a% o$ ]) `/ u5 D% @9 j g* l; ?
3. 微生物群落组成和多样性: _2 j7 z. B/ l+ g& x7 P
# W: A% n/ I+ @9 X% r1 I% 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。
; j1 }* E# W; }* }' v9 } e M
& c' K, d( K' ~' Z3 d3 R3 p! v
4 z, o# c$ p: m9 E
9 ^4 @8 h- K$ z5 R* S表2 反应器中污泥样品的细菌多样性指数。
) c% i p# u' I, C0 t! e
* M; k* s/ y6 A9 |
: }( o: f2 v3 ?% l3 } n4 X
, ?( O& S* e: D$ Z2 {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 k# H9 W% Z4 E9 [( f M
; m. y4 Z# ^+ P5 b0 E! v+ @1 y5 N
% F& ~/ n4 o8 o6 ^& X
( x6 C9 z7 f; A7 F) h9 m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。 C- H9 U9 H5 M2 @
: ^- N6 i/ R7 v# k
: _% m: i. K0 [
/ C, }8 S# u- Q% v, {( G' R- }/ K
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。: ^$ C1 T/ Z9 D& P4 Y' c/ ~
4 W9 L) S$ N4 Z* l) c3 w$ L（B）表示从属类划分。
* i/ g$ \7 ~; x: H! {; `2 `2 @6 A/ `! }$ h0 l% c6 h, 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。9 L0 ]( e, B6 q
" N% O9 C6 e8 d M; P
五 结论9 r6 p5 K- r0 m0 o8 p
. e9 w' [& I' [' @6 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。2 ^/ ^: n/ ~0 a4 H7 r8 b9 R
3 e: Y) Z1 k* W8 R" r3 E文章题目：Roles of Mno2 on performance, sludge characteristics and microbial community in anammox system
4 d ?5 |' c: q5 H" Q0 n发表杂志：Science of the Total Environment7 K. M) {: U# v$ e
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