質(zhì)量認(rèn)證聚合氯化鋁PAC生產(chǎn)廠家基于實(shí)際污水A2/O工藝中懸浮污泥生物量減量實(shí)現(xiàn)缺氧生物膜中厭氧氨氧化菌的高度富集

　　質(zhì)量認(rèn)證聚合氯化鋁PAC廠家基于實(shí)際污水A2/O工藝中懸浮污泥生物量減量實(shí)現(xiàn)缺氧生物膜中厭氧氨氧化菌的高度富集。本研究基于缺氧生物膜和懸浮污泥對NO2-的競爭差異，提出了一種主流系統(tǒng)中穩(wěn)定富集厭氧氨氧化菌的新策略。研究將實(shí)際市政污水在改進(jìn)的厭氧-缺氧-好氧(A2/O)工藝下運(yùn)行了500天。微生物分析表明，與懸浮污泥相比，缺氧載體生物膜具有顯著更高的厭氧氨氧化菌豐度(qPCR：0.74%-4.34%)(P<0.001)。批量實(shí)驗(yàn)表明，缺氧載體生物膜中的厭氧氨氧化菌有助于高效脫氮的同時(shí)伴有部分反硝化作用(NO3-→NO2-)。厭氧氨氧化菌屬Ca. Brocadia在生物系統(tǒng)懸浮污泥意外損失時(shí)高度富集。進(jìn)一步的批量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，懸浮生物量的減少有助于厭氧載體生物膜中厭氧氨氧化菌的富集，由于懸浮污泥與厭氧氨氧化菌具有強(qiáng)烈的NO2-競爭(NO2-→N2)(通過上調(diào)nirK)。宏基因組測序結(jié)果顯示Ca. Brocadia在缺氧載體生物膜中占主導(dǎo)地位，并且是NO3-→NO2-過程narG的最重要貢獻(xiàn)者，這可能促進(jìn)了與異養(yǎng)細(xì)菌的NO2-競爭。該A2/O工藝的低出水總氮(8.9 mg ± 1.0 mg N/L)歸因于部分反硝化與厭氧氨氧化的耦合，表明該工藝適用于一般的進(jìn)水N濃度范圍(30 mg-50 mg NH4+-N/L)的市政污水處理廠(WWTP)�；�于厭氧氨氧化對NO2-的特殊競爭偏好，該研究為在市政WWTPs中富集厭氧氨氧化細(xì)菌提供了一種有前景且實(shí)用的選擇方案。

　　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　結(jié)果與討論

　　1 脫氮性能A2/O生物反應(yīng)器運(yùn)行了500天用于實(shí)際市政污水處理(圖1)。在第I階段(第280天至第325天)，反應(yīng)器以厭氧/缺氧/好氧模式運(yùn)行。接種載體后，出水NO3--N在1個(gè)月內(nèi)逐漸下降，平均濃度保持在14.1 mg ± 4.0 mg N/L(圖1b)。在Ⅱ階段(第326至442天)，由于第326天的操作失誤，大量懸浮污泥意外流失(2873 mg VSS/L至534 mg VSS/L，圖S2)。污泥流失嚴(yán)重影響了A2/O系統(tǒng)的硝化能力，出水NH4+-N迅速惡化，從1.3 mg N/L變?yōu)榈?1.8 mg N/L(圖1a)。在接下來的53天中，硝化性能逐漸恢復(fù)，出水TIN濃度在第379天到第442天期間為13.7 mg ± 2.8 mg N/L。為了研究進(jìn)水負(fù)荷對穩(wěn)定厭氧氨氧化的影響，在第III階段(第443天至第500天)，進(jìn)水NH4+-N從46.1 mg ± 3.7 mg N/L減少到 29.0 mg ± 2.4 mg N/L(圖 1a)。調(diào)整后，出水TIN濃度迅速下降并保持相對穩(wěn)定：在接下來的八周內(nèi)，平均出水NO3--N為7.6 mg ± 1.0 mg N/L(TIN：8.9 mg ±1.0 mg N/L)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程使用實(shí)際市政污水連續(xù)進(jìn)料，在正常運(yùn)行條件下，反應(yīng)器脫氮性能相對穩(wěn)定。先前的研究表明，當(dāng)進(jìn)水NH4+-N約為50 mg N/L時(shí)，部分氮損失可歸因于厭氧氨氧化，使得脫氮性能高于傳統(tǒng)的A2/O工藝。與之前的研究結(jié)果不同，本研究中的進(jìn)水NH4+-N從46.1 mg ± 3.7 mg N/L下降到29.0 mg ± 2.4 mg N/L，但脫氮性能保持穩(wěn)定且令人滿意，表明該工藝適用于市政污水處理廠的一般進(jìn)水氮濃度范圍(30 mg-50 mg NH4+-N/L)。

　　圖1 營養(yǎng)元素去除性能的變化：(a)進(jìn)水氨氮、出水氨氮以及氨氮去除效率;(b)出水中的硝酸鹽、亞硝酸鹽和TIN;(c)進(jìn)水COD/TIN比和TIN去除效率。

　　2 厭氧氨氧化活性及其對脫氮的貢獻(xiàn)為了確定缺氧載體生物膜內(nèi)的氮轉(zhuǎn)化過程，進(jìn)行批量實(shí)驗(yàn)以模擬具有NH4+-N、NO3--N和乙酸鈉的缺氧區(qū)(圖2a，圖S3)。如第448天所示，NO3--N和COD迅速下降，NO2--N顯著積累，峰值為13.4 mg N/L。隨后，NO2--N和NH4+-N分別以2.6 mg N/L/h和1.4 mg N/L/h的去除速率逐漸減少。當(dāng)有機(jī)物幾乎完全消耗時(shí)，NO2--N和NH4+-N繼續(xù)減少，去除速率分別為0.4 mg N/L/h和0.4 mg N/L/h。在此期間，脫除的NO2--N與NH4+-N之比為1.09，產(chǎn)生NO3--N與脫除NH4+-N之比為0.12，與文獻(xiàn)報(bào)道的1.14和0.16接近。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，N2O的比例非常低，可以忽略不計(jì)(圖S4)。這些結(jié)果表明缺氧載體生物膜對硝酸鹽-亞硝酸鹽的轉(zhuǎn)化比厭氧氨氧化比活性重要，缺氧生物膜具有比NO2-還原速率更高的NO3-還原速率。在實(shí)驗(yàn)的初始階段，NO2--N迅速產(chǎn)生，然后積累而不是立即轉(zhuǎn)化為氮?dú)�。NO2--N與NH4+-N之比可以反映厭氧氨氧化活性與反應(yīng)時(shí)間之間的非線性變化，表明有機(jī)物的存在影響NO2-競爭。批量實(shí)驗(yàn)歷時(shí)10多個(gè)小時(shí)，但A2/O系統(tǒng)中缺氧區(qū)的HRT要短得多(2.86 h)，表明在較低有機(jī)物濃度下，適當(dāng)延長HRT可能會提高厭氧氨氧化的脫氮性能。在不同階段觀察到厭氧氨氧化比活性和對氮損失的貢獻(xiàn)隨著運(yùn)行狀態(tài)(懸浮污泥生物量和進(jìn)水NH4+-N)波動(圖2a)。尤其地，批量實(shí)驗(yàn)表明，第280天厭氧氨氧化活性為0.17 kg N/m3/d，對脫氮的貢獻(xiàn)率為68%。在第430天，缺氧載體生物膜的厭氧氨氧化活性增加到0.17 kg N/m3/d，其對脫氮的貢獻(xiàn)為70.6%。除了懸浮污泥的濃度外，其他操作參數(shù)無變化，因此缺氧生物膜中厭氧氨氧化活性的增加可能與懸浮污泥的生物量損失有關(guān)。當(dāng)III期進(jìn)水NH4+-N減少時(shí)，厭氧氨氧化活性增加到0.21 kg N/m3/d(圖2a)，第462天時(shí)去除73.4%的氮。這可能是由傳質(zhì)效率提高、外部生物膜脫落引起。缺氧載體生物膜中的厭氧氨氧化細(xì)菌對部分脫氮有積極貢獻(xiàn)，如下詳述。首先，在不同批量實(shí)驗(yàn)的缺氧載體生物膜實(shí)驗(yàn)中，厭氧氨氧化貢獻(xiàn)了68%-73.4%的氮去除(圖2a)。其次，在A2/O系統(tǒng)中，基于質(zhì)量平衡(表S1)，厭氧氨氧化對氮損失的貢獻(xiàn)約為29.2% ± 6.7%。在COD/N < 3.0下，該生物系統(tǒng)中的氮去除率(NRR)范圍為0.04 kg N/m3/d至0.08 kgN/m3/d，與報(bào)道的傳統(tǒng)硝化/反硝化工藝性能相當(dāng)，甚至與污水厭氧氨氧化系統(tǒng)相當(dāng)(表S2)。第三，經(jīng)過400天的運(yùn)行，厭氧氨氧化細(xì)菌在缺氧載體生物膜中仍然活躍，這強(qiáng)烈表明在脫氮中不能忽略厭氧氨氧化。此外，氮去除率的提高普遍地歸因于厭氧氨氧化生物量的增加。在這項(xiàng)研究中，厭氧氨氧化細(xì)菌豐度(圖2b)顯著高于在先前報(bào)道A2/O類似工藝中的水平，這可能有助于提高自養(yǎng)脫氮性能。

　　圖2 (a)不同階段厭氧氨氧化活性、貢獻(xiàn)和生物膜厚度;(b)和(c)分別表示缺氧載體生物膜和懸浮污泥中的厭氧氨氧化菌的基因拷貝數(shù)和相對豐度。 3 缺氧載體生物膜中高度富集的厭氧氨氧化菌根據(jù)qPCR結(jié)果，缺氧載體生物膜中厭氧氨氧化菌的豐度(0.74%-4.34%)(圖2b)顯著高于懸浮污泥(0.03%-0.08%)(P <0.001)(圖2c)。在第I階段(第280天)，缺氧載體生物膜和懸浮污泥中的厭氧氨氧菌豐度分別為2.29 × 109 copies/g干污泥(0.74%)和2.26 × 107 copies/g干污泥(0.04%)。當(dāng)?shù)贗I階段懸浮污泥流失時(shí)，第430天時(shí)缺氧生物膜中厭氧氨氧化細(xì)菌豐度增加到最大值1.47 × 1010 copies/g干污泥(4.34%)。減少進(jìn)水NH4+-N，在第462天，缺氧載體生物膜中的厭氧氨氧化細(xì)菌豐度仍然保持在8.35 × 109 copies/g干污泥(2.87%)，這與之前的研究一致，并且表明厭氧氨氧化細(xì)菌對缺氧載體生物膜具有顯著的生態(tài)位偏好。這些結(jié)果很重要，因?yàn)樗鼈冏C實(shí)了厭氧氨氧化細(xì)菌可以在高豐度的低氨廢水中長期存活。厭氧氨氧化細(xì)菌的原位富集以及進(jìn)一步的長期維護(hù)是污水厭氧氨氧化工藝的主要瓶頸之一。以往的研究表明，厭氧氨氧化細(xì)菌在傳統(tǒng)的全規(guī)模市政污水處理廠中普遍存在。根據(jù)qPCR結(jié)果，本研究中厭氧氨氧化菌的豐度(0.74%-4.34%)與之前接種成熟厭氧氨氧化污泥的系統(tǒng)相當(dāng)。缺氧載體生物膜中厭氧氨氧化細(xì)菌的高豐度解釋了正向的自養(yǎng)脫氮。因此，結(jié)合前人的研究，本研究的結(jié)果表明A2/O系統(tǒng)可以在主流生物系統(tǒng)中持續(xù)保持較高水平的厭氧氨氧化細(xì)菌豐度。 4 主流生物系統(tǒng)厭氧氨氧化菌高度富集的關(guān)鍵隨著懸浮污泥的損失(圖1)，缺氧載體生物膜中厭氧氨氧化細(xì)菌的豐度增加到極高的水平(圖2b)。針對厭氧氨氧化的特殊高濃縮工藝，進(jìn)行了模擬缺氧區(qū)(NH4+、NO3--N和醋酸鈉)的批量實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了三種模式：缺氧載體生物膜、懸浮污泥以及兩者的結(jié)合。在缺氧載體生物膜中，NO3--N和COD的濃度迅速下降，NO2--N顯著積累，峰值為15.5 mg N/L(圖3a)。NO2--N和NH4+-N隨后逐漸減少，去除率分別為2.03 mg N/L/h和0.89 mg N/L/h。相比之下，在懸浮污泥中，由NO3--N還原的NO2--N積累非常少(圖3b)，NH4+-N的下降趨勢明顯更慢。懸浮污泥和缺氧生物膜共存的結(jié)果表明，NO3--N在0.5小時(shí)后沒有減少，在此期間只有少量NO2--N積累。懸浮污泥的加入增強(qiáng)了亞硝酸鹽還原過程(NO2-→N2)(圖3c)。這些結(jié)果表明缺氧生物膜與懸浮污泥的NH4+-N消耗率存在顯著差異。批量實(shí)驗(yàn)證實(shí)懸浮污泥的存在是反硝化與厭氧氨氧化耦合的關(guān)鍵因素，控制懸浮生物量可縮短主流厭氧氨氧化原位富集的調(diào)試周期。即，懸浮污泥加強(qiáng)了亞硝酸鹽還原(NO2-→N2)作用，削弱了厭氧氨氧化的競爭力。為了進(jìn)一步了解缺氧載體生物膜和懸浮污泥之間的生態(tài)位差異，分析了微生物群落結(jié)構(gòu)。16S rRNA測序所得的厭氧氨氧化細(xì)菌豐度的動態(tài)變化(圖4)與qPCR結(jié)果一致(圖2)�？偟膩碚f，結(jié)果(圖4)表明Ca. Brocadia是缺氧載體生物膜中已知的主要氮轉(zhuǎn)化功能微生物，而Nitrospira、Dechloromonas和Nitrosomonas在懸浮污泥中占主導(dǎo)地位。除了Ca. Brocadia在缺氧生物膜中富集外，Dechloromonas、Azospira和Thauera的比例在懸浮污泥中沒有完全恢復(fù)(第430天)，這與污泥損失前有顯著差異(第280天，P <0.01)。這些結(jié)果表明懸浮污泥中含有較多的反硝化細(xì)菌，較少的厭氧氨氧化菌，而缺氧載體生物膜中的微生物群落結(jié)構(gòu)則相反。出乎意料的厭氧氨氧化菌富集可能是因?yàn)閼腋∥勰嘀写婊畹姆聪趸��?xì)菌比缺氧載體生物膜多。生物反應(yīng)器中懸浮污泥的損失導(dǎo)致反硝化細(xì)菌的急劇減少，NO2-的異養(yǎng)還原減弱。這增強(qiáng)了厭氧氨氧化細(xì)菌競爭NO2-的能力和在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)一步增殖的機(jī)會。當(dāng)懸浮污泥增加到以前的水平時(shí)，隨著進(jìn)水NH4+-N的減少，缺氧載體生物膜中的厭氧氨氧化菌豐度下降。此外，批量實(shí)驗(yàn)和微生物分析再次證實(shí)，缺氧載體生物膜對于硝酸鹽到亞硝酸鹽的轉(zhuǎn)化和厭氧氨氧化活性的維持至關(guān)重要。

　　圖3 缺氧載體生物膜和/或懸浮污泥批量實(shí)驗(yàn)中氮與COD的變化。

　　圖4 缺氧載體生物膜和懸浮污泥中的微生物群落分析(屬水平)。 5 缺氧生物膜中富集的Ca. Brocadia的基因檔案在缺氧載體生物膜中，Ca. Brocadia的豐度在第430天達(dá)到最高水平(圖2、圖4)。宏基因組測序結(jié)果(圖S5)進(jìn)一步揭示了物種Ca. Brocadia fulgida(4.14%)和Ca. Brocadia sinica(2.17%)在缺氧載體生物膜中的豐度顯著高于懸浮污泥(分別為0.22%和0.13%)(P <0.001)。本研究中Ca. Brocadia的主導(dǎo)地位與在污水厭氧氨氧化系統(tǒng)中觀察到的典型屬一致，特別是處理實(shí)際城市污水時(shí)。研究報(bào)告稱，Ca. Brocadia在市政污水處理廠的不同處理單元中始終占據(jù)主導(dǎo)地位，而Ca. Jettenia或Ca. Kuenenia通常在處理高強(qiáng)度廢水中占主導(dǎo)地位。然而，本研究中Ca. Brocadia的高度富集只是表面現(xiàn)象，需要進(jìn)一步獲取信息研究富集的厭氧氨氧化優(yōu)勢種為Ca. Brocadia而不是其他屬的原因。為闡明Ca. Brocadia的富集機(jī)制，分析了優(yōu)勢菌中涉及硝化、反硝化和厭氧氨氧化的關(guān)鍵酶(圖5，圖S6)。對于硝化作用，負(fù)責(zé)的amoA(470 hits)與Nitrosomonas(438 hits)密切相關(guān)，并且僅在懸浮污泥中被觀察到(在缺氧載體生物膜中沒有)，這與微生物群落差異相符(圖S5)。考慮到反硝化和厭氧氨氧化的協(xié)同過程(圖3，圖S3)，進(jìn)一步研究了功能細(xì)菌的關(guān)鍵酶。反硝化涉及多種氮形式(NO3-、NO2-、NO、N2O和N2)，因此，整個(gè)代謝過程需要對酶進(jìn)行選擇。例如，參與硝酸鹽到亞硝酸鹽過程的narG與多種細(xì)菌有關(guān)。具體來說，narG在缺氧載體生物膜中主要由Ca. Brocadia(3618 hits)貢獻(xiàn)，而在懸浮污泥中，它主要由Nitrospira(6314 hits)貢獻(xiàn)，并且與Dechloromonas的關(guān)系最密切(1724 hits)，其次是Sulfuritalea(566 hits)。對于nirS，樣品的總豐度幾乎沒有差異，但其分布主要與懸浮污泥中的Dechloromonas(1472 hits)和缺氧載體生物膜中的Chloroflexi(878 hits)有關(guān)。有趣的是，這些結(jié)果表明懸浮污泥中nirK的相對豐度比缺氧載體生物膜高2.6倍(表S3)，并且主要由懸浮污泥的Nitrospira(1976 hits)貢獻(xiàn)。最近的研究表明，Nitrospira具有顯著的NO2-氧化潛力，懸浮污泥中nirK的上調(diào)可能會增加與缺氧載體生物膜競爭NO2-的能力。對于厭氧氨氧化菌，獨(dú)特的編碼基因Hzs與缺氧載體生物膜中優(yōu)勢屬Ca. Brocadia(5156 hits)密切相關(guān)，但在懸浮污泥中很少檢測到Hzs基因(170 hits)(圖5)。類似地，Hdh是厭氧氨氧化反應(yīng)過程中催化中間體肼氧化成氮?dú)獾年P(guān)鍵酶，其在缺氧載體生物膜中(3264 hits)也明顯高于懸浮污泥中(106 hits)。缺氧載體生物膜中的厭氧氨氧化菌豐度越高，細(xì)菌Hzs和Hdh的豐度越高。這些結(jié)果與微生物群落分析一致，證實(shí)了厭氧氨氧化細(xì)菌的生態(tài)位偏好�；�于編碼基因、功能微生物和特定代謝機(jī)制，可以了解部分反硝化過程中的NO2-循環(huán)。首先，從氮轉(zhuǎn)化基因的角度來看，缺氧載體生物膜中的narG/(nirK + nirS)比值(2.45)高于懸浮污泥(1.75)(表S3)，這有利于缺氧生物膜通過NO3-還原生成NO2-。至關(guān)重要的是，nirK在懸浮污泥中含量很高，但在缺氧載體生物膜中幾乎不存在。nirK由懸浮污泥的Nitrospira(1976 hits)貢獻(xiàn)(圖5)，而由于無氧條件，缺氧載體生物膜不利于其生長。其次，最豐富的厭氧氨氧化細(xì)菌屬Ca. Brocadia是缺氧載體生物膜中硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽的關(guān)鍵narG貢獻(xiàn)者(圖5，圖S7)。因此，Ca. Brocadia可能會在損失懸浮污泥時(shí)促進(jìn)NO2-的競爭，然后提高其在缺氧載體生物膜中的主導(dǎo)地位。第三，與一些Ca. Brocadia菌株相關(guān)聯(lián)的nrfA基因(876 hits)，可以將NO3-還原為NO2-或NH4+與乙酸鹽的氧化耦合。因此，厭氧氨氧化細(xì)菌將硝酸鹽異化還原為銨(DNRA)可能會導(dǎo)致一些氮損失。最后，之前的研究報(bào)告稱，由于Thauera對NO3-還原的貢獻(xiàn)大于NO2-還原，反硝化細(xì)菌Thauera在此的作用至關(guān)重要。Thauera在缺氧載體生物膜中的增殖速度遠(yuǎn)高于懸浮污泥(分別為2.94%和1.06%)(圖4，圖S5)，并且在缺氧載體生物膜中比懸浮污泥中含有更多的narG(分別為430 hits與134 hits相比)(圖5)，表明NO2-供應(yīng)對厭氧氨氧化的潛在作用�；�于上述結(jié)果，缺氧載體生物膜的初步概況如圖6所示，通過形態(tài)學(xué)(圖S8)、化學(xué)(圖3a，圖S3)和微生物群落分析(圖4，圖5)，描述了Ca. Brocadia的富集機(jī)制。厭氧氨氧化代謝需要NO2-作為電子受體。在這項(xiàng)研究中，雖然NO2-沒有從外部供給到缺氧區(qū)，但它可以由缺氧載體生物膜中的NO3-還原產(chǎn)生，并且部分被厭氧氨氧化消耗(圖3)。在這些前提條件下，有兩個(gè)因素進(jìn)一步加速了厭氧氨氧化的富集：富含nirK/S的懸浮污泥的損失增加了缺氧載體生物膜中Ca. Brocadia的NO2-競爭能力(圖5),而與Ca. Brocadia特殊代謝特征密切相關(guān)的narG加強(qiáng)了硝酸鹽到亞硝酸鹽的轉(zhuǎn)化，有助于厭氧氨氧化的快速富集(圖5，圖S6)。

　　圖5 缺氧區(qū)生物膜和懸浮污泥中檢測到的氮代謝關(guān)鍵酶的分類學(xué)起源。Hdh：肼脫氫酶;Hzs：肼合成酶;AmoA：細(xì)菌氨單加氧酶亞基A;NrfA：氨異化亞硝酸還原酶;NarG：細(xì)胞質(zhì)硝酸還原酶α鏈;NapA：周質(zhì)硝酸還原酶前體;NirS：細(xì)胞色素cd1亞硝酸還原酶;NirK：Cu-亞硝酸鹽還原酶;NorB：細(xì)胞色素或醌醇依賴型一氧化氮還原酶;NosZ：一氧化二氮還原酶。

　　圖6 A2/O系統(tǒng)中的缺氧載體生物膜進(jìn)行的生化反應(yīng)(AMX：厭氧氨氧化細(xì)菌，主要為Ca. Brocadia;DE：反硝化細(xì)菌)。 6 市政污水處理廠中的工程應(yīng)用在工程應(yīng)用方面，當(dāng)前和以往對A2/O工藝的不同研究為污水處理廠中厭氧氨氧化細(xì)菌的原位富集提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ);包括長期性能、批量實(shí)驗(yàn)、微生物群落和功能基因分析在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)證實(shí)了理論基礎(chǔ)。由NO3-還原的NO2-可以被厭氧氨氧化菌部分消耗(圖3，圖S3)，特別是在缺氧條件下(例如厭氧或缺氧區(qū))。這種耦合過程也與最近基于厭氧氨氧化的研究中觀察到的硝酸鹽到亞硝酸鹽的反應(yīng)一致。此外，異養(yǎng)反硝化通常經(jīng)歷NO(一氧化氮)的生產(chǎn)過程，從而為利用NH4+和NO的厭氧氨氧化創(chuàng)造了宏觀環(huán)境。由于自發(fā)富集的發(fā)生(非接種)，缺氧載體生物膜提高了主流厭氧氨氧化細(xì)菌的穩(wěn)定耐受性。實(shí)驗(yàn)室或中試規(guī)模的實(shí)驗(yàn)通常是通過接種來自側(cè)流或其他生物反應(yīng)器的成熟厭氧氨氧化污泥來實(shí)施的，但在全規(guī)模的污水處理廠中直接接種是不切實(shí)際的。盡管如此，這項(xiàng)工作為通過厭氧氨氧化的“原位”富集處理市政污水提供了堅(jiān)實(shí)的證據(jù)，預(yù)計(jì)這將在未來的長期實(shí)驗(yàn)室規(guī)模和中試規(guī)模實(shí)驗(yàn)中得到進(jìn)一步驗(yàn)證。懸浮污泥的控制更簡單，不需要復(fù)雜的多因素控制和高科技的專業(yè)管理人員。此外，最近有報(bào)道稱comammox是傳統(tǒng)硝化/反硝化污水處理廠中的主要硝化者(NH4+直接轉(zhuǎn)化為NO3-)。它的存在對連續(xù)流動生物系統(tǒng)的好氧區(qū)中的穩(wěn)定亞硝化構(gòu)成威脅，但它可能有利于通過回流缺氧區(qū)進(jìn)行部分反硝化。這里介紹的工作只是部分厭氧氨氧化方向的冰山一角，未來的研究和工程項(xiàng)目預(yù)計(jì)將在市政污水處理廠實(shí)施。優(yōu)化缺氧載體生物膜與懸浮污泥之間的協(xié)同關(guān)系可能有利于提高脫氮性能。宏基因組分析的解釋表明這些微生物的潛力并非實(shí)際活性，因此進(jìn)一步研究代謝物水平(RNA或蛋白質(zhì))是表征這些微生物(例如Ca. Brocadia、Nitrospira、Thauera)的活性功能所必需的。此外，當(dāng)缺氧載體生物膜厚度減小時(shí)(圖2a)，懸浮污泥中的厭氧氨氧化細(xì)菌豐度增加(圖2c)，其對氮損失的定量影響需要進(jìn)一步研究。從更廣泛的角度來看，厭氧氨氧化菌不僅參與氮轉(zhuǎn)化，也參與碳代謝，這意味著對復(fù)雜環(huán)境條件的調(diào)控是必要的(例如COD/N、DO、空間模式)。

　　結(jié)論

　　本研究調(diào)查了連續(xù)流部分反硝化/厭氧氨氧化系統(tǒng)中缺氧生物膜和懸浮污泥的生態(tài)位差異。在缺氧區(qū)引入生物膜可以在一般進(jìn)水N濃度范圍內(nèi)(30 mg-50 mg NH4+-N/L)保持相對高豐度的厭氧氨氧化細(xì)菌(0.74%-4.34%)。Ca. Brocadia在缺氧載體生物膜中占主導(dǎo)地位，而Nitrospira在懸浮污泥中占主導(dǎo)地位。厭氧氨氧化的意外富集是由于懸浮污泥的突然損失所致。懸浮污泥中維持NO2-快速還原的高nirK，以及與Ca. Brocadia相關(guān)的較高豐度narG，可能會進(jìn)一步強(qiáng)化缺氧載體生物膜內(nèi)硝酸鹽-亞硝酸鹽的轉(zhuǎn)化。微生物群落分析和批量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，控制懸浮生物量有助于厭氧氨氧化菌富集�；�于市政污水處理的部分反硝化，此項(xiàng)工作為厭氧氨氧化菌的原位富集提供了全面理解。

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