一 研究背景
. p }- r( _0 e( r5 c' \" f
9 o* g0 @2 n8 \8 e! }! n W c7 l
! C4 f6 }( E( G4 S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。+ ?, x7 b$ V) {! ~
" }0 D" T9 x8 X2 k9 N# B" n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。1 H9 \: c1 a- _/ r
( H# W( r1 Q" r3 i+ u
二 研究目的
1 O+ P) m5 B0 b8 Q) f) E3 i" p. Q) z7 @: M8 b/ q M$ Y! N5 p
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。1 {" `# W0 g5 i: @
: l n3 I' j2 y( \9 o6 U) q三 材料方法) V7 F+ H" q8 I, ~, M( R
4 ]" c! F, V2 G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。
) k& w2 c# k3 P4 d3 r/ c q# N% e. i4 @% M4 m. v3 O
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。# z( g* {# f0 x7 P3 t; x7 ]8 Y
* h# B2 v: x) a9 R! f
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。( A* @. E+ n' F" U& i0 ]# S
. E- B/ f4 S/ X: k$ x
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 a3 Q5 w$ M& W
! E+ g ?) N+ q* Q四 结果与讨论
3 P4 I, k! i: I; s1 b Z( q4 Z, [6 P- t8 |
1. Mno2对厌氧氨氧化反应的作用
; j! L7 @" Z* o) m/ { h% {6 x: P, X* b' x9 D+ {
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。1 e, d$ o1 c, t
4 a- A9 |) u+ ]' j* ` U" m/ b
' k0 d- q( w! u* N: _* b. M表1 反应器在每个阶段的氮去除性能和化学计量比率
' y' r# T% C$ X' e
" k3 k8 i4 w- r9 [( n2.Mno2对厌氧氨氧化反应中生物颗粒特征的影响( V: o# N$ M/ Q8 [( T c
/ P0 m7 w# R# n, i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）。5 T8 M+ N" u& ^* d4 V2 g
- P0 j, G5 B2 n0 o& K
1 e s; A$ N# u) E8 l; H% ]6 S
' A! q: l3 n6 X2 |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。
; q& a& N# E# ?( B+ A5 P7 a2 K* |7 a) V b
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。# F3 L# e0 d) e% @& A
: [4 t f9 T4 h2 z) E) N
4 M M6 b* c2 k9 O! L) _
6 j& \& |" C* a7 A) P, M& R图2 反应器中厌氧氨氧化菌的血红素C含量的变化。" e6 A6 j% w T
) x+ g7 r( j" @ [7 f+ K
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% I# F/ f& A& w0 V p% r
7 J3 w7 Q1 `0 e7 \/ z& |+ z9 h) {
* V, g. \6 d# t1 a& y: j: _$ y+ ? a8 J
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。
8 V* R; W4 Y: p) M2 D& w
" e, z( g) s2 d8 J7 ~/ q5 c- APN：蛋白质，PS：多糖。
3 b5 Z9 ~1 m3 ~7 a' }: @
! v @9 k9 p4 X: N3. 微生物群落组成和多样性
/ T) v: i8 b/ z- j
/ H6 M% p& c; r( M. B/ [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。
& S' n' V9 W/ d' c7 J
2 g' W; |/ ]( f% G
) k; }2 s* Z; L8 w8 @5 s3 A. I8 _; w2 v9 h) m
表2 反应器中污泥样品的细菌多样性指数。4 ?, N, G7 \! N* }
' j9 j0 T; Z0 [5 x6 \' P
9 G5 I3 G8 x" j6 k" G. Q2 R; a) y" c# e5 w6 h- P8 W
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。
+ I0 |/ h' m# h) }2 Z; z/ t% C5 l' @/ |; k2 U6 O4 q: ?" e7 Z; r
3 d4 ]/ `4 U: h4 P. u) A
" |" F" D- G9 S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。! u1 b( A$ Z/ l1 g
$ Y# [$ m# j; u6 z9 c4 k
8 X3 v. Y. [+ r( Y$ P
# x# `$ ^3 w( e, x' e4 C$ a) U. j: f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。
) _$ \' Q2 _2 V% x, T- p' M
! P: I- i+ }4 i（B）表示从属类划分。
0 z' D$ K( M, Q
/ i2 K0 g2 w' P# t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。0 s6 U2 W& L' A1 `/ H/ d
# w+ W# z, L: S0 R
五 结论
( L9 a/ a M- O5 @+ z% Z, O6 e( j8 T0 A3 r! r0 `7 K
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。
" o" _- A, h3 x' f$ C/ _) M8 D8 }7 N
文章题目：Roles of Mno2 on performance, sludge characteristics and microbial community in anammox system
0 F0 [6 l1 g. D/ z/ ~5 A( S6 @发表杂志：Science of the Total Environment
7 ~% w! K8 |" B1 t$ I) U
/ h. X! b9 L, m( g/ 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