彭永臻：宏基因組學和物料守恒定量分析缺氧MBBR（中國某大型污水處理廠）中厭氧氨氧化脫氮貢獻

水處理網(wǎng)訊:丨文章亮點丨

缺氧載體生物膜能夠原位富集反硝化菌與Anammox菌

15N穩(wěn)定性同位素示蹤試驗表明缺氧生物膜的Anammox活性與反硝化活性相比具有一定競爭性

通過缺氧載體生物膜耦合硝酸鹽還原過程和Anammox反應強化氮損失可能有重要潛力

丨文章簡介丨

研究介紹了中國西北某污水處理廠主流污水部分厭氧氨氧化（Anammox）對總氮去除的貢獻。該污水處理廠是在傳統(tǒng)AAO工藝的厭/缺氧區(qū)投加生物膜進行升級改造，基于兩年的追蹤調研觀測到顯著的氮去除效果。綜合分子生物學和15N穩(wěn)定性同位素示蹤測試的研究結果，顯著的脫氮效果可能與該廠缺氧生物膜中Anammox菌的原位富集相關。定量PCR結果表明Anammox菌的豐度顯著高于絮體污泥。16S rRNA擴增子測序結果表明缺氧生物膜與絮體污泥在Planctomycetes門表現(xiàn)出顯著的差異性（P < 0.001）。宏基因測序結果進一步揭示了Anammox菌在缺氧生物膜中的富集，包含共7種Anammox菌（種水平），且相對豐度顯著高于已報道過的市政污水處理廠中絮體污泥的豐度，同時檢測到編碼聯(lián)氨合成酶HZS的功能基因。物料守恒計算表明以此途徑氮損失可能貢獻總氮的15.9%。15N穩(wěn)定性同位素示蹤測試與異位活性測試表明基于缺氧生物膜的短程反硝化+部分Anammox可能是該廠自養(yǎng)脫氮的主要貢獻途徑。簡言之，Anammox過程對于該廠總氮的損失可能不容忽視，該研究為城市污水Anammox技術的發(fā)展提供了創(chuàng)新思路。

圖1-文章摘要圖

長期監(jiān)測表明在該廠進水氨氮為20.3-40.8 mg/L的條件下，出水總無機氮為6.4 ± 1.4 mg/L（第120天至424天）；盡管后期進水氨氮升高，但是出水總無機氮仍然低至8.0 ± 1.5 mg/L。統(tǒng)計表明18.5%的監(jiān)測時間中總無機氮的去除率超過了理論值（按照污泥回流比與硝化液回流比計算）。微生物分析表明Anammox菌在缺氧載體生物膜上得以富集，其豐度與絮體生物污泥有顯著性差異。物料守恒表明該廠大約15.9%的氮損失不能通過常規(guī)反硝化途徑解釋（包括全程反硝化、同步硝化反硝化、同化作用、N2O等）?；?5N穩(wěn)定性同位素示蹤測試與異位活性測試表明Anammox的富集可能為其氮損失提供合理的解釋。進一步分析表明，缺氧載體生物膜可基于硝酸鹽的還原過程為Anammox提供亞硝酸鹽，這為Anammox的富集起到至關重要的作用；但其具體代謝過程還值得未來進一步探究。

圖2-缺氧載體生物膜鏡檢圖

該項研究的主要結論如下：在該城市污水處理廠的缺氧區(qū)觀測到原位富集的Anammox菌，并且其豐度顯著高于已報到的傳統(tǒng)污水處理廠水平。15N穩(wěn)定性同位素示蹤測試、物料守恒與異位活性測試結果支撐缺氧生物膜中富集的Anammox菌貢獻了一部分氮損失。宏基因測序分析表明缺氧生物膜中NarG呈現(xiàn)出高豐度，這可能有利于硝酸鹽氮還原為亞硝酸鹽從而促進Anammox菌的生長富集。亞硝酸鹽作為Anammox生長的底物可能來源于缺氧區(qū)中的反硝化或者硝酸鹽異化還原途徑。基于缺氧載體生物膜耦合反硝化和Anammox的過程強化脫氮在連續(xù)流市政污水處理廠有巨大潛力。

圖3-缺氧MBBR耦合AAO工藝示意圖

圖4-Anammox菌的豐度（qPCR）與15N穩(wěn)定性同位素示蹤結果

文章最后指出，系統(tǒng)性地研究城市污水Anammox技術需要集成工程、功能微生物和模型等方面。這項研究表明了Anammox菌的存在及其潛在的脫氮貢獻，但仍需要考慮其他可能的微生物脫氮途徑。運行參數(shù)與環(huán)境因素間的響應關系對于自養(yǎng)脫氮的影響需要進一步基于動力學來評估。此外，不同環(huán)境條件（季節(jié)、溫度、進水負荷等）下，該廠中的脫氮效果和Anammox菌種間的潛在關系也需進一步探究。

原標題:自由推送-WR：北京工業(yè)大學彭永臻教授團隊 宏基因組學和物料守恒定量分析缺氧MBBR（中國某大型污水處理廠）中厭氧氨氧化脫氮貢獻