ANAMMOX培养物中硫酸盐型氨氧化生物转化机制

厌氧条件下,ANAMMOX培养物中发生的硫酸盐型氨氧化(SRAO)现象被认为是由ANAMMOX细菌(AnAOB)介导的自养生物转化过程.在这个过程中,作为电子供体的氨被电子受体硫酸盐氧化.在某一些自然环境中观察到的氨与硫酸盐转化现象也被认为是由于上述生物转化作用而导致的.然而,在不同研究中,关于氨与硫酸盐的转化摩尔比(N/S)、硫酸盐还原的中间产物和最终产物的认定均有存在较大差异.因此,氨和硫酸盐在ANAMMOX培养物中的转化机制仍不明确.为探明ANAMMOX污泥中SRAO现象背后的基质转化途径,在不同厌氧状态(微氧:-100 mV<ORP<0 mV,0.5 mg·L^(-1)<DO<1 mg·L^(-1);缺氧:-300 mV<ORP<-100 mV,0.2 mg·L^(-1)<DO<0.5 mg·L^(-1);厌氧:ORP<-300 mV,DO<0.2 mg·L^(-1))以及不同污泥组成(ANAMMOX污泥和混合污泥)的条件下开展连续流实验和批次实验.结果表明,SRAO现象只能在缺氧条件且存在异养硫酸盐还原细菌(SRB)的混合污泥中发生;在ANAMMOX污泥中无论处于哪种厌氧状态,均不会发生SRAO现象.微生物群落变化与功能基因表达分析表明,ANAMMOX污泥和混合污泥中均存在以Nitrosomonas和Nitrosospira为主的携带amoA基因的氨氧化细菌(AOB),可将氨氧化生成亚硝酸盐,为AnAOB代谢提供底物.Desulfomicrobium、Desulfovibrio以及Desulfonatronum等携带apsA基因的SRB只存在于混合污泥中,它们利用微生物衰亡释放的有机物将硫酸盐还原.AnAOB并不能以硫酸盐为电子受体氧化氨维持代谢.因此,在ANAMMOX污泥中观察到的SRAO现象(即氨与硫酸盐的同步转化)实际上是氨氧化、ANAMMOX和异养硫酸盐还原这3个过程联合的结果,上述生物转化过程分别由AOB、AnAOB和SRB完成.

不同氮负荷下生物炭强化厌氧氨氧化体系脱氮效能的影响

为了探明生物炭对厌氧氨氧化脱氮效能的影响,通过批次实验考察了3种氮负荷条件下(总氮100、300、500 mg·L^(−1))厌氧氨氧化体系的总氮去除效果,并从反应前后生物炭性能变化、细菌胞外聚合物分泌水平以及微生物群落演替特征等方面解析了潜在作用机制。结果表明总氮100、总氮300、总氮500组生物炭的添加使体系总氮去除率较对照组分别提升了13.6%、4.5%、1.8%,且最终硝氮浓度明显低于对照组。这是由于生物炭作为电子介导体,通过其具有的电活性以及氧化还原性能与细菌胞外聚合物相互作用,强化了胞外电子传递过程从而促进了硝氮的还原,且总氮100组效果最佳。通过胞外聚合物分析得出,总氮100生物炭组具有最高平均胞外聚合物分泌浓度,而其浓度随着氮负荷的提高而减小,这源于高氮负荷反应体系具有更高的硝氮累积量,因此EPS作为唯一内源电子供体,在参与硝氮还原的过程中消耗量逐渐增大。高通量测序以及KEGG预测分析表明生物炭在低氮负荷条件下对厌氧氨氧化菌Candidatus Kuenenia以及Acinetobacter、Afipia等反硝化菌相对丰度的提升效果更显著,同时在总氮100生物炭组中由EC:1.7.5.1、EC:1.9.6.1构成的硝酸盐还原酶的相关功能基因具有更高的表达水平,揭示了低氮负荷下生物炭强化氮去除效果更显著的原因。

基于代谢组的厌氧氨氧化菌群对温度的响应机制

【背景】在环境工程领域中,大多数耐冷菌从活性污泥中分离得到。了解活性污泥菌群对低温的响应有助于耐冷菌的驯化培养。【目的】以厌氧氨氧化污泥菌群作为研究对象,研究温度对厌氧氨氧化菌群代谢通路与代谢产物的影响,以期初步阐释厌氧氨氧化菌群低温响应机理。【方法】在25℃与35℃条件下驯化培养厌氧氨氧化污泥,研究温度对反应器脱氮效能、菌群活性与生长以及群落结构的影响,通过代谢组学比较两个温度下厌氧氨氧化菌群代谢物丰度以及代谢通路活性。【结果】虽然低温导致厌氧氨氧化菌群CO2固定、TCA循环与丙酮酸代谢的下调,进而导致氮去除活性以及增长速率显著下降,但菌群RNA合成水平、腐胺与信号分子合成上调,从而通过转录调控、调控膜脂组成与改变膜结构的方式,调控菌群代谢以适应低温环境。【结论】从分子机理的角度探究了厌氧氨氧化污泥菌群适应低温环境的生理机制,首次阐释了腐胺与信号分子在污泥菌群适应低温过程中的重要作用。