低溶解氧胁迫下生物膜-颗粒污泥anammox工艺生物富集特性及脱氮功能菌群和基因的演变研究

为探究低溶解氧(DO<0.5 mg·L^(-1))条件对厌氧氨氧化(anammox)工艺脱氮性能、生物膜及颗粒污泥特性、菌群结构及其功能基因的影响,试验构建了试验室规模的上流式载体生物膜-颗粒污泥anammox系统.结果表明,反应器在长达175 d的运行过程中脱氮性能良好且运行十分稳定,系统平均NH_(4)^(+)-N、NO_(2)^(-)-N和TN去除率分别为95.0%±2.1%、99.0%±1.0%和87.0%±2.1%.在紧密结合型EPS(TB-EPS)中,颗粒污泥与载体生物膜的蛋白(PN)/多糖(PS)值分别为0.094和0.048,有利于颗粒污泥和生物膜的形成.粒径大于0.5 mm的anammox颗粒污泥占比达到72.0%,有利于系统持留脱氮菌群.菌群结构分析中发现,生物膜的优势菌门分别为变形菌门(29.6%)、浮霉菌门(10.7%)和绿弯菌门(10.7%),颗粒污泥具有相似的优势菌门,对应相对丰度(RA)分别为25.6%、24.3%和7.6%.生物膜和颗粒污泥的优势AnAOB属均为Candidatus Brocadia,但其在颗粒污泥中的相对丰度为14.3%,是生物膜中的3.4倍.在颗粒污泥与载体生物膜中均存在与脱氮相关的功能基因nirS、nirK、nirB、hdh、hzo和hzs,由于低DO(0.11~0.13 mg·L^(-1))的存在还发现了与硝化相关的功能基因,包括氨单加氧酶(amoA/B/C)、羟胺氧化还原酶(hao)和亚硝酸盐氧化还原酶(nxrA/B).基于此,低DO条件反应器取得了较高的anammox脱氮性能,并有可能发生了硝化反应和内源反硝化反应,从而减小了anammox反应的化学计量比.