一 研究背景
% B* ^7 u0 U$ ?: [: `, l V7 _% K" d0 S) n2 h% |1 o
' l1 j( ]) t5 H/ r6 T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。
' w) ?% j; q, d+ [3 |' m. Q3 ~% `# }% R& `! V- m* g
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。
$ n) b2 X& y# _9 e$ Y* C
* Y1 I+ h3 z& f二 研究目的+ ~6 `6 H2 I. U _+ t9 n) k
( X% C4 c9 {7 x8 }: ]! n {$ X% H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。! u: W) e" | t% a* A
) U0 a2 S6 G, l三 材料方法/ `1 B4 Z3 k; X9 n! N# T" b1 K
1 w" }3 ]/ D' D4 ]0 B, U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。( M% d U0 O7 ^: ]6 l+ x; v# h
# I! A3 R( J7 R" e9 \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。
2 T" s& G: ^; q: _) s2 f- H) V3 A3 c$ W4 a
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。+ {9 _; x0 d% I, o. Y
- Y) k. C$ O" C7 P/ p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。: j9 m+ _# z2 x( |7 n
! L; X( C7 N( o2 L四 结果与讨论7 c8 _; Q$ y. J' n, e
3 ]/ [! Z8 t( K8 Z1 [+ T8 s
1. Mno2对厌氧氨氧化反应的作用5 Z$ z1 O+ G" P2 g3 M9 l! k
+ Q3 k) G2 m+ ^# z6 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。- Q7 p& G3 m; f
3 v$ E$ g8 o. [3 e1 l4 R
! R, C5 c3 d S* X表1 反应器在每个阶段的氮去除性能和化学计量比率
! m- }7 X g3 z# X; @0 C* |9 j4 `; R1 c
2.Mno2对厌氧氨氧化反应中生物颗粒特征的影响) [" _& I) X2 M) S
6 X4 B# ]9 u) L0 C- c
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）。! q: q9 {" M& T5 R' y' J: \+ w; H. r& m
, e% a5 G! T) ]1 D3 L ~$ K
# @3 C* k; l( `& e; @
4 v7 @ W& u. S2 S8 V: r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。
( i( R0 \+ v+ I' H: k$ x, i: Y
% z3 l9 Q' f6 r& x" u% c- Q. 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。6 F5 P7 l& q7 @
) ]! ], N7 G- z- q# ^" m k8 G# f. m+ g
. m4 S- c: Y6 P( d9 C! }! ]. N' q# \0 k D9 f) M# i( i( T! ~5 V( }6 S0 k
图2 反应器中厌氧氨氧化菌的血红素C含量的变化。
" V& J r+ b( O- d$ \8 ? \9 L4 F/ H* ~2 `) s& ~$ ?
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）。3 ?1 r8 f0 U; g2 C+ P
. v4 h- _: a* G% {( S. ~
" ], h" d: Z0 I
* q# _/ t7 q9 x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。
6 f( [6 S) n# O4 c! l; q; ^! `' y: P
PN：蛋白质，PS：多糖。
5 ]6 z1 u" f4 m5 \2 Y- u2 p1 p& ?" X5 r/ q
3. 微生物群落组成和多样性$ f6 Q* a7 }: `0 \) |3 J0 }$ I
9 n, M& B4 J8 C3 }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% B' c& D. K8 P! d
5 S+ ]* V5 R D8 y
) y. V H( t/ I- \* H
$ ^: w% M n c. U7 Y/ Y; ^4 D# a表2 反应器中污泥样品的细菌多样性指数。5 L- V U0 N$ \3 L) O+ Z8 B
# m1 } x1 a' v& ^% m
6 y2 Z( d# V4 b" r2 J
% L" @8 D+ h V% `' y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。
9 N! J6 B3 x; ?+ u) J1 f6 Q1 ]" Z7 y" U4 W: j7 e
) G, o M1 V' E- N( E e. x
; i' _$ T# B$ |. o+ H& @1 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。. c" s# w& s% f* ?/ o" x0 p' m
' a1 f; y7 Q5 G( p0 i6 j
( ]$ w; h1 v z, a' e% J6 I( K
" x% c/ F0 f7 {6 n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。* r8 X O7 L% B1 j, s6 \
) A1 Z# F, [2 e: w F" ]
（B）表示从属类划分。
, |1 f( n0 g; g4 W$ \! S' Z
, ?$ F/ }/ b' `5 j% D. T, h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。
7 n7 N, O9 x$ u+ Z/ s7 D4 F8 }' [ K/ D+ p f# Q' i
五 结论
, N- f i3 p. Z$ \, a! l
0 }" ?/ K1 c8 b7 |) O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。
! ~$ S' M& ]6 E9 k2 w7 f8 G+ C5 q( ]
文章题目：Roles of Mno2 on performance, sludge characteristics and microbial community in anammox system
& O4 a) q! [' r( [7 C3 K3 X发表杂志：Science of the Total Environment; f5 Q' p6 E, M, @0 q
4 |5 Y1 @2 } T# G* r
|
© 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