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污水处理技术之厌氧氨氧化生物脱氮技术

北极星环保网来源:谷腾环保网2017/9/6 10:37:18我要投稿

ANAMMOX 菌简介

ANAMMOX 菌由于至今无法通过经典的微生物生态学手段纯培养,目前所有 ANAMMOX 菌种均被定义为“暂定种” 。

厌氧氨氧化

迄今为止共有 5 个属的 ANAMMOX 菌被发现,它们的16S rRNA序列相似度在 87%-99%之间。其中有 4 个属是主要存在于污水处理厂构筑物中或实验室活性污泥反应器中:“Candidatus Kuenenia”、“Candidatus Brocadia”、“Candidatus anammoxoglobus”和“Candidatus Jettenia”。第 5 个 ANAMMOX 属“Candidatus Scalindua”主要存在于自然环境中,特别是海洋底泥中和低氧区。

菌种首次发现地点

1999, “Candidatus Brocadia anammoxidans” 荷兰Gist-Brocades污水处理厂

2000, “Candidatus Kuenenia stuttgartiensi” 德国斯图加特的污水处理场

2002, “Candidatus Brocadia fulgida” 荷兰鹿特丹污水处理厂

2003, “Candidatus Scalindua brodae” 英国Pitsea垃圾填埋场的污水处理厂

2003, “Candidatus Scalindua wagneri” 英国Pitsea垃圾填埋场的污水处理厂

2003, “Candidatus Scalindua sorokinii” 黑海的次氧化层区域

2007, “Candidatus Jettenia asiatica” 荷兰实验室生物膜反应器

2007, “Candidatus anammoxoglobus propionicus” 实验室SBR反应器

海洋生态系统

在许多不同地域(Thames Estuary、Japan、Chesapeake Bay 、Arctic marine、Washington margin、Arabian Sea et.al)的海洋沉积物中检测出了 ANAMMOX反应。在海洋沉积物中存在的ANAMMOX菌种群较为单一,基本属于具有较强耐盐能力的 Scalindua 属。胡宝兰等, 生态学报, 2011

Dale等却发现,在开普菲尔河口ANAMMOX菌的分布呈现出了种群多样性,可同时检测到Brocadia、Kueueuia、Jetteuia和Scaliudua四个属的ANAMMOX菌。Dale, et al. Environ Microbiol, 2009

Amano等在淀川河口也检测出了多种ANAMMOX菌的共存,包括 Brocadia、Kueueuia和Scaliudua属。原因推测是由于河口是海陆作用剧烈、生态结构复杂的区域,可营造适合不同种类 ANAMMOX 菌生存的微环境。Amano, et al. Micro & Enviro, 2007

在不同海域水体的低氧区(本格拉港、智利中部沿岸的远海区、阿拉伯海、秘鲁海)也有ANAMMOX的存在,并在氮素循环中起着不同程度的作用。胡宝兰等, 生态学报, 2011

淡水生态系统

Schubert 等首次在天然淡水生态系统坦噶尼喀湖( Lake Tanganyika) 中发现了ANAMMOX菌的分布,ANAMMOX 菌的最大活性为 10 nmol N2/ h,在该区域氮素循环中的贡献率为 13% ,其活性与贡献率值与某些海洋生境中发生的 ANAMMOX 反应相比并不逊色。 Schubert, et al. Environ Microbiol, 2006

Penton 等和 Zhang 等分别在温特格林湖和江苏新沂河淡水沉积物中也检测到了 ANAMMOX 菌的分布。在淡水生态系统中检测到的 ANAMMOX 菌种群多样性水平较低,以 Scalindua 属居多。 Penton, et al. AEM, 2006; Zhang, et al. Environ Microbiol,2007

陆地生态系统

Humbert 等首次在不同陆地生态系统( 包括沼泽、受污染的孔隙含水层、冻土和农田土壤) 中检测出了不同种群的 ANAMMOX 菌,种群多样性水平较高,包括Candidatus Kuenenia stuttgartiensis,Candidatus Brocadia fulgida,Candidatus Scalindua wagneri 和 Candidatus Jettenia asiatica。研究表明并非在所有土壤样品中都存在 ANAMMOX 菌,而只在土壤的一定深度范围内才有 ANAMMOX 菌的分布。 Humbert, et al. ISME J, 2010

Zhu 等在中国的多处淡水湿地生态系统中也检测出了 ANAMMOX 菌的存在,主要为 Brocadia 属的 ANAMMOX 菌。 Zhu, et al. ES&T, 2011

特殊生态系统

Byrne 等在温度高达 60-85℃的大西洋中脊深海热液口处检测到了 Scalindua 属的 ANAMMOX 菌。Jaeschke 等发现在温度为 65 ℃的温泉中也存在 ANAMMOX菌的特异性阶梯烷膜脂,含量为 0.3-52ng/g,16S rRNA 系 统 发 育 分 析 表 明,温 泉 中 存 在 Candidatus Brocadia fulgida,Candidatus Brocadia anammoxidans 和 Candidatus Kuenenia stuttgartiensis 的序列。Byrne, et al. Isme J, 2009; Jaeschke, et al. FEMS Microbiol Ecol, 2009

另有研究者报道了 ANAMMOX菌也可在低温生态系统中生存。Sch 等发现在温度低至 0℃的格陵兰海的迪斯科湾海冰中存在具有活性的 Scalindua 属的 ANAMMOX菌。这些特殊生态系统中 ANAMMOX 菌的发现对于发掘耐高温和耐低温的 ANAMMOX 菌菌种资源提供了前景。 Sch, et al. System & Appl Microbiol, 2003

此外,Hoffmann 等还在海洋的海绵体内发现了 ANAMMOX 菌的踪迹,检测到了 Candidatus Scalindua sorokinii 和 Candidatus Scalindua brodae的存在。Hoffmann, et al. Environ Microbiol, 2009

ANAMMOX 菌的细胞结构

厌氧氨氧化菌是革兰氏阴性菌,浮霉状菌目,呈球形、卵形等,直径0.8~1.1μm。细胞外无荚膜,细胞壁表面有火山口状结构,少数有菌毛,细胞呈深红色,出芽生殖。细胞内分隔成3部分:

(1)外部区域,包括: 细胞壁(cell wall),细胞质膜(cytoplasmic membrane),外室细胞质(paryphoplasm)和细胞内质膜;

(2)核糖细胞质(riboplasm) ;

(3)厌氧氨氧化体膜(anammoxosome membrane), 厌氧氨氧化体(anammoxosome), 类核(nucleoid)。

厌氧氨氧化

ANAMMOX 菌不同属的形态各异,但是均具备一种重要细胞器—厌氧氨氧化体(Anammoxosome)

厌氧氨氧化

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