铁离子对厌氧氨氧化污泥富集培养的影响

2.3、功能基因及厌氧氨氧化菌丰度变化

定量PCR结果显示（图4），经过130d的富集培养，各反应器微生物的量明显提升，细菌16SrRNA拷贝数由初始的1.04×107copies/ngDNA分别提高到1.34×107copies/ngDNA(对照组R1)、2.73×107copies/ngDNA（试验组R2）和3.63×107copies/ngDNA(试验组R3);R2、R3中丰度显著高于R1(p<0.05)。

由于进水中不含有机碳源，且严格限氧，反硝化微生物受到抑制，相关的功能基因napA(编码周质硝酸盐还原酶)、narG(编码膜结合硝酸盐还原酶)、nirK(编码铜型亚硝酸还原酶)、nirS(编码细胞色素cd1型亚硝酸还原酶)的丰度显著降低。

接种污泥中基因narG、napA、nirS、nirK丰度分别为1.01×106、3.16×105、4.71×106、1.01×107copies/ngDNA，经过130d的富集培养，其在反应器中丰度分别降至6.86×103~8.65×103、1.96×104~4.24×104、1.47×104~6.01×104、2.70×104~5.35×104copies/ngDNA，反应器R1、R2、R3间无显著差异。

此外，接种污泥中氨单加氧酶编码基因amoA丰度为5.05×103copies/ngDNA，富集培养130天后，反应器中amoA基因拷贝数为2.49~2.90×102copies/ngDNA。

随着污泥的富集培养，厌氧氨氧化成为反应器主要的脱氮途径，相应的，厌氧氨氧化菌16SrRNA和功能基因hzsB丰度显著增加。富集培养130d后，R2、R3中Anammox16SrRNA丰度分别为6.96×106、8.47×106copies/ngDNA，显著高于对照组R1中丰度（p<0.05）。

联氨合成酶为厌氧氨氧化菌的重要功能蛋白，其编码基因hzsB丰度经富集培养过程也明显提高；130d时，对照组R1中hzsB丰度为6.83×106copies/ngDNA，而试验组R2、R3中其丰度分别为9.86×106、1.24×106copies/ngDNA，显著高于对照组R1（p<0.05）。可以推测，铁离子对厌氧氨氧化菌富集具有一定促进作用，同时提高了厌氧氨氧化活性，也与反应器脱氮效能结果一致。

2.4、微生物群落结构变化

接种污泥及富集培养130d后各反应器污泥微生物群落结构如图5所示。接种污泥为反硝化污泥，由图5(a)可见变形菌（Proteobacteria）和绿弯菌（Chloroflexi）为其优势菌门，分别占比44.08%和19.11%；富集培养过程中微生物菌群结构显著改变，Proteobacteria菌丰度分别降至31.72%(R1)、30.74%(R2)、30.52%(R3)。

绿弯菌（Chloroflexi）相对丰度无明显变化，而厌氧氨氧化菌所属浮霉菌（Planctomycetes）丰度明显提高，由接种污泥中的0.20%提高至5.10%(R1）、7.31%(R2)、9.54%(R3)，试验组中富集程度较高。

图5(b)为污泥微生物属水平热图。可以看出，厌氧氨氧化菌CandidateBrocadia明显富集；接种污泥中CandidateBrocadia菌难以检测其丰度（<0.01%），经130d的富集培养，对照组R1污泥样品中厌氧氨氧化菌CandidateBrocadia相对丰度为4.2%，而试验组R2、R3污泥样品中其丰度分别为6.8%、8.2%，高于对照组R1。

3、结论

（1）进水添加铁离子富集培养厌氧氨氧化污泥过程中，试验组R2、R3与对照组R1中呈现类似的规律性，而试验组可承受容积氮负荷显著高于对照组。稳定阶段，试验组R2、R3容积氮去除速率分别为495.6、602.4mg-N/(L˙d)，为对照组R1的1.20和1.46倍。进水添加铁离子提高了反应器容积氮负荷及运行效能。

（2）进水添加铁离子富集培养厌氧氨氧化污泥130d后，污泥群落结构及功能基因丰度显著变化。反硝化功能基因narG、napA、nirS、nirK丰度显著降低，厌氧氨氧化菌及微生物量富集明显。试验组R2、R3中厌氧氨氧化菌CandidateBrocadia相对丰度为6.8%、8.2%，明显高于对照组R1（4.2%）。

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