北大 | Water Research：固相反硝化系统中微生物结构及代谢途径的宏基因组分析：基于污水处理厂废水深度脱氮的中试研究

编译：微科盟静谧，编辑：微科盟木木夕、江舜尧。
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导读由于农业施肥的不合理使用和生活污水、工业污水、养殖污水、农田径流的直接排放，大量氮、磷等营养物质被排入自然水体，对水生生态系统的结构和功能构成严重威胁。目前，污水处理厂被认为在控制污染和改善水质方面起着举足轻重的作用。然而，经过生物处理后的污水处理厂废液中仍有约10-15 mg L?1的氮残留，如果不经任何深度处理直接排放，可能导致富营养化。因此，迫切需要有效的污水处理厂废液深度脱氮技术。本文：NO-N去除率更高（96.58%）、DOC释放量（9.00±4.16 mg L?1）和NH-N积累量（0.37±0.32 mg L?1）更低。宏基因组分析证实了两个系统间微生物群落结构存在显著差异，并发现了四种厌氧氨氧化菌的存在。与PHBV系统相比， PHBV-锯末共混物系统的利用降低了产NH4-N相关酶编码基因的相对丰度，增加了参与厌氧氨氧化相关酶编码基因的相对丰度，这有助于降低废液中的NH-N的含量。另外，在PHBV-锯末共混物系统中，产生电子的糖酵解代谢过程的酶编码基因的相对丰度更高。在PHBV-锯末共混物系统中，多种木质纤维素酶编码基因显著富集，保证了该系统的稳定供碳和连续运行。本研究结果有望为固相反硝化技术的推广提供理论依据和数据支持。论文ID
译名：固相反硝化系统中微生物结构及代谢途径的宏基因组分析：基于污水处理厂废水深度脱氮的中试研究
期刊：Water Research
IF：9.130发表时间：2021.3.17
本研究在宁波南区污水处理厂，以PHBV和PHBV-锯末共混合物为生物膜载体和碳源，构建固相反硝化系统。具体构建方法为：PHBV和PHBV-锯末共混合体分别与8-10 mm的陶粒以3:7的体积比混合均匀，将混合后的基质填充于高100 cm的多孔支撑盘上，以此建立了两个直径20 cm、高140 cm的圆柱形聚氯乙烯固相反硝化系统。该系统启动阶段，将污水处理厂废液与二沉池活性污泥混合后，以1:1的体积比进入固相反硝化系统，进行生物膜培养。之后每天对固相反硝化系统的水质进行分析， 5天后，废液中的NH4-N浓度分别低于1.0和2.0 mg L?1时，标志着固相反硝化系统正式启动。该系统共计连续运行150天， 1-76天固相脱氮系统的水力停留时间（HRT）为3h ， 77-150天将HRT降至1.5h ，以评估脱氮性能的持久性。测得污水处理厂废液的溶解氧（DO）和pH值分别为4.1-8.0 mg L?1和5.68-6.95 。每两天采集一次进水和出水水样。通过0.45μm醋酸纤维素膜过滤后，分别对水样中的NH4-N、溶解有机碳（DOC）等水质指标进行分析。在系统稳定运行150天时，分别从PHBV和PHBV-锯末共混物系统中的5个采样点采集生物膜样品，每个采样点取2g均匀混合成一个样本，分别命名为P和PS 。每个样本有三个生物学重复。提取相应样品的DNA进行宏基因组测序及分析，以进行微生物群落结构和代谢途径的研究。结果与讨论