一 研究背景) D* |9 Q4 j1 a7 A9 m
, E) e2 k: r* X& t" c N1 u! \* Y/ n
! H, r5 T# i, ^: M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。
$ g) B2 W f/ c2 l* ^, m0 d$ E$ L% W$ H" I( {. `' Y$ F
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。* r. q$ r! k, j0 i3 C6 W7 d6 I
$ X a0 C9 H. b* W- E0 \
二 研究目的
* @- C% R9 d- `9 P2 i& D4 C- p9 l3 p' a
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。 v# g& m! [* t" G
( F: R7 ]: T5 |三 材料方法
/ p- Y1 @- |. f! D% Y4 n! i. ~0 q$ B
* }! t- R: { m4 N S* N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 ]9 a a. C* @0 W6 ] N8 |
$ L( ]. n& Z1 u* `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。' Y$ o j# D8 T, k5 U
5 t, g0 ?% R8 `/ Q2 ~- o1 X4 F; P& n
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 a0 Q5 h; f2 I: f
; P2 C, e3 [8 V0 g- F2 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。7 V6 v8 {( h. B* I- R- _
5 O. W! J6 s! K; w- L6 d2 N& X
四 结果与讨论
: L3 h# X: y( m9 O
^3 A4 S ?" d1. Mno2对厌氧氨氧化反应的作用
{3 ]: w0 \1 l" ~: |1 P* `
9 W9 t( z& l* @8 @7 P( k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。
* k- H' t: {, C: o( s G
0 k% s6 ]! ?+ M/ d% i5 n& e
( u1 L5 L" _' h# S* \! d
表1 反应器在每个阶段的氮去除性能和化学计量比率 x) o S/ U) M$ a
9 O. r2 `8 U) f3 h' M! L2.Mno2对厌氧氨氧化反应中生物颗粒特征的影响! d9 A, F6 t/ Y! }% N. G( r' ~
+ N% o: F- z2 Z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）。
: F% E0 k1 R9 n3 `: j$ T1 U, \. a* J1 W2 Y+ Y! u3 N6 R C
0 z9 R. o2 N" K- |: |- ?" K$ r2 L: ^+ W4 I
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。
6 p; Z: ?' L C4 P3 c$ @! z. p/ u0 g+ I0 c0 Y" r+ k
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。
* f5 y/ x* n0 m3 s ^
, a/ m( X" P+ Z5 f! q, k c
$ p( H5 |& D3 \; B* C
$ P- y4 n/ {, i& i4 |6 L) T: D5 H图2 反应器中厌氧氨氧化菌的血红素C含量的变化。
. \# W" j- F D; b
_& K3 j5 _3 A$ e7 O7 \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）。: f$ _8 @+ c2 J$ e" l
# F& w4 ?1 \/ L) i3 X" p7 B. @% H
7 d1 y4 s" q9 w2 y& Q' j- _
* i. @' T3 z9 I! p" u% q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。# N5 b" h# H% j; l9 a8 D! ]
4 S- b& D6 M6 hPN：蛋白质，PS：多糖。
/ Z; y2 I$ L' w: J3 A& I
- I& U( {0 U. t* u/ Y) L3. 微生物群落组成和多样性
U% A6 \+ Q: Q1 U/ T; H" ]6 S B' Q3 l ^0 D! I# }3 D& 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。
( F- O. J$ L- a
9 `8 N) k F }9 M! g' I& A9 f7 J
( p, D7 g& W; H8 k% r
" u# z* _( d! D6 Q
表2 反应器中污泥样品的细菌多样性指数。
8 y' ~3 i% S3 f4 s
6 K2 }0 C$ k5 V8 c9 T
- g5 u2 i1 s- I* A
7 ` s5 i% `% P3 R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。' |0 Q( y7 T5 J3 J; L
+ c4 z- E! d0 P" K7 ^3 i
' n/ a' r6 C/ ~5 O6 `2 I4 t
. e- D l4 k4 w+ v E8 f6 ~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。; }" ]- \8 L( @; e3 V. [) i& l
8 i/ A L$ P/ @) g$ U
0 f7 O; k) ^9 g2 m+ K j; q, X, }4 i% d" `/ @+ J) e
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。% q; x/ w+ Y: m5 n; R9 }' d
" e; \* W- e% f) F
（B）表示从属类划分。
2 _1 l$ f0 C# c3 L" f! J
$ w! o3 {7 ~+ B% r- ?. I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。" O" d" g0 x+ u+ P2 _4 M
( `1 l' U# L, @( P* _# \& |' n; g1 Z
五 结论* [$ w7 G8 y% e, h
' N8 k# y+ l% W, T* o4 r1 e- R+ i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。
$ k6 g+ e% v0 |+ t& u1 k% l1 M! v; C0 t* l: ?' b' w! `
文章题目：Roles of Mno2 on performance, sludge characteristics and microbial community in anammox system2 |" Y3 n0 |% p6 P% y
发表杂志：Science of the Total Environment
3 ?$ p. ]$ S8 T- K. F& ]
- `. j; V* J$ W! `( U% q0 W |
© 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