Water Research∣宏基因组分析和质量平衡量化了缺氧移动床生物膜反应器中厌氧氨氧化对强化脱氮的贡献（国人作品）

推荐：江舜尧

编译：怀瑾

编辑：小菌菌

北京工业大学城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室彭永臻教授等人于2019年5月22日在水处理领域顶级期刊Water Research发表题目为《Quantify the contribution of anammox for enhancednitrogen removal through metagenomic analysis and mass balance in an anoxic moving bed biofilm reactor》的文章，该研究将缺氧移动床生物膜反应器（MBBR）与厌氧-缺氧-好氧（AAO）系统相结合处理废水，为厌氧氨氧化工艺在城镇污水脱氮处理方面的应用提供了新的思路。

文章摘要

研究背景：厌氧氨氧化（Anammox）是指在缺氧条件下，以亚硝酸盐为电子受体将铵氧化为氮气，过程中不需要有机碳源，这一工艺在城镇污水脱氮方面显示出巨大的优势，但由于厌氧氨氧化细菌在环境中生长缓慢，丰度低且生长过程易受环境因素的影响，要将其应用到大规模城镇污水处理过程中还需要做更多的努力。

方法：本研究将大型城镇污水处理厂中缺氧移动床生物膜反应器（MBBR）与厌氧-缺氧-好氧（AAO）系统集成在一起，监测了污水处理过程中近两年的脱氮效果。利用宏基因组测序、¹⁵N稳定同位素示踪以及质量平衡分析等方法系统地分析了缺氧-载体生物膜上厌氧氨氧化作用的脱氮机理，以及厌氧氨氧化与反硝化作用之间的关系。

 结果：在600天的试验过程中，AM-AAO系统可将处理后污水的总无机氮浓度降低至7.6±2.0mg/L。宏基因组测序结果表明，在AM-AAO系统中厌氧氨氧化细菌富集在缺氧载体生物膜上，这类细菌的相对丰度高达0.11%，是前人研究报道的10倍以上。缺氧-载体生物膜上的厌氧氨氧化作用有助于废水脱氮，填补了氮损失质量平衡方面的空白。此外，反硝化作用中硝酸盐还原产生的亚硝酸盐可以为厌氧氨氧化细菌的逐步富集提供基质，这两种作用的偶联在污水脱氮方面有着巨大的前景。

结论：本文研究结果表明，在大型城镇污水处理厂中缺氧MBBR与AAO系统的结合使用有助于污水处理过程中厌氧氨氧化细菌的原位富集，从而增强污水中氮素的去除效率。

文中重要图片说明：

图1 | AM-AAO系统示意图。

图2 | AM-AAO系统的性能。

图3 | 高通量测序数据分析结果。

图4 | 宏基因组测序分析氮代谢过程中关键酶的丰度。

图5 | 缺氧-载体生物膜和絮凝污泥中氨氧化细菌的丰度以及缺氧-载体生物膜中²⁹N₂和³⁰N₂的生成量。

图6 | AM-AAO系统中氮素的质量平衡计算。

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