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( 二 )

不同HRT下的脱氮和DOC释放性能见表1 。 HRT为3h和1.5h下，进水中的NO3-N的平均浓度分别为9.53±1.43mg L?1和9.94±1.17 mg L?1 ，仅检测到少量NH-N 。 HRT为3h时， PHBV和PHBV-锯末共混物系统的去除率分别为92.36%和96.64% 。在PHBV中掺入锯末，提高了其硝酸盐的去除率，改善了其生物可利用率，有利于微生物的附着和固体有机碳的生物降解。相较于PHBV-锯末共混物系统， PHBV系统的DOC和NH4-N浓度更高。 PHBV-锯末共混物系统的DOC平均浓度为15.49±12.09 mg L?1 ， HRT调整至1.5 h后降至9.00±4.16 mg L?1 。 HRT调整到1.5h后， PHBV和PHBV-锯末共混物系统仍然保持了95.57%和96.58%的有效NO-N去除率，表明了固相反硝化系统的稳定运行。 PHBV-锯末共混物系统出水中NH-N的累积浓度降至0.37±0.32 mg L?1 ，远低于PHBV系统（1.14±0.37 mg L?1）。表1. 不同HRT下的固相反硝化系统的脱氮性能

本文插图

2 不同固体碳源对微生物群落结构的影响通过宏基因组测序，样品分组P得到的原始数据量为3.96×1010 8raw reads ，样品分组PS得到的原始数据量为3.75×1010raw bases 和2.49×108raw reads 。 NR物种注释结果显示：细菌占总物种的97.53%-99.06% ，在每个样本中均占优势。 PHBV-锯末共混物系统中细菌和病毒的比例显著低于PHBV系统，而古菌和真核生物的比例在PHBV-锯末共混物系统中则具有明显的数量优势。 PHBV系统和PHBV-锯末共混物系统中相对丰度大于1.00%的主要门如图1a所示。分析表明两个系统在门水平上的微生物群落组成存在显著差异。两个系统中均以变形菌门（Proteobacteria）为主，分别占78.96%和50.05% 。在PHBV系统中，拟杆菌门（Bacteroidetes）为第二优势菌门（3.63%），其次为厚壁菌门（Firmicutes）（3.27%）、绿弯菌门（Chloroflexi）（2.87%）、放线菌门（Actinobacteria）（1.37%）、酸杆菌门（Acidobacteria）（1.24%）和Spirochaetae（1.19%）。在PHBV-锯末共混物系统中，放线菌门（Actinobacteria）是的第二优势菌门（10.61%），其次是绿弯菌门（Chloroflexi）（7.36%）、拟杆菌（Bacteroidetes）（5.33%）、浮霉菌门(Planctomycetes)（2.73%）、酸杆菌门（Acidobacteria）（2.65%）、厚壁菌门（Firmicutes）（2.34%）、Ignavibacteriae（2.04%）、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)（2.07%）、蓝细菌门（Cyanobacteria）（1.33%）、硝化螺旋菌门（Nitrospirae）（1.40%）和广古菌门(Euryarchaeota)（1.36%）。变形菌、拟杆菌、放线菌和绿弯菌广泛存在于城市污水处理系统中，在生物降解中起着重要作用。大多数脱氮细菌隶属于变形菌门，变形菌在反硝化中起着主导作用。放线菌合成的一些酶可以促进植物生物量中多糖或酚类化合物的分解过程。绿弯菌和拟杆菌被认为具有分解大分子的能力，通常在发酵系统中观察到。 PHBV-锯末共混物系统中绿弯菌、放线菌和拟杆菌的丰度较高，可能是由于生物量的难降解性所致。值得一提的是，在PHBV-锯末共混物系统中检测到广古菌门，相对丰度为1.36% 。玉米秸秆和鸡粪中温发酵系统中主要的菌群是广古菌、拟杆菌和厚壁菌。此外，广古菌门含有丰富多样的产甲烷细菌，它们在厌氧发酵系统中产生甲烷。因此，在PHBV-锯末共混物系统中，一小部分有机物可能通过厌氧发酵转化为甲烷，而不是进行反硝化作用。 PHBV系统和PHBV-锯末共混物系统在属水平上的微生物群落组成如图1b所示。在PHBV系统中，脱氯单胞菌属（