亚硝酸盐对厌氧氨氧化耦合系统的脱氮效能及微生物群落的影响OACSCD

在连续流反应器中,逐步增加NO_(2)^(−)的浓度,构造阶梯积累比例,对过程调控与稳态运行具有积极意义。考察了耦合系统的脱氮性能和微生物群落的响应特征,探究NO_(2)^(−)对厌氧氨氧化(Anammox)耦合自养反硝化(AuDen)系统中厌氧氨氧化菌(AnAOB)和硫自养反硝化菌(SOB)相互作用的长期影响及反应机制。有效容积为2.50 L的厌氧生物流化床(AFBR)连续140 d的运行结果表明,与对照组(NO_(2)^(−)=0)相比,随着所积累NO_(2)^(−)浓度的增加,耦合系统的脱氮效率(NRE)及Anammox对总氮(TN)去除的贡献百分比显著提高,SO_(4)^(2-)的实际产生值/理论值明显减小,这说明了所积累的NO_(2)^(−)能够促进AnAOB与SOB之间的协同,提高了耦合系统TN的去除能力。在氮含量相同的情形下,存在NO_(2)^(−)积累的环境能够使系统脱氮效率从80.3%±3.2%提高至88.1%±3.4%,Anammox对TN去除的贡献从81.7%±2.4%提高至92.5%±2.3%。上述过程的高通量测序结果显示,随着NO_(2)^(−)浓度的增加,主要功能微生物(Thiobacillus、Candidatus kuenenia及Desulfurivibrio等)的相对丰度维持稳定或上升,水解菌(SM1A02、1013-28-CG33、SC-I-84等)的相对丰度也上升,而其他功能微生物的相对丰度下降,证明了存在NO_(2)^(−)积累的水质环境能够优化耦合群落的结构和功能。典型相关性分析(CCA)表明,NO_(2)^(−)浓度与Ca.kuenenia的丰度(P=0.539)呈负相关,而与Thiobacillus的丰度(P=0.00533)呈正相关,所积累的NO_(2)^(−)与Anammox、AuDen对总氮去除的贡献均为正相关关系(P=0.00767)。总体而言,所发现的NO_(2)^(−)在Anammox+AuDen耦合反应体系中的浓度-诱导-适应机制,演绎了如下规律:环境决定了微生物种群的结构与功能,相反,微生物种群也会通过结构调整来适应及影响它们的环境。