多途径电子传递体系下ANAMMOX机理研究

相比传统生物脱氮技术，厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺可以节省90%的运行费用和50%的空间。但是ANAMMOX菌生长缓慢，启动期较长且不稳定。强化ANAMMOX菌在系统中的优势是提高该工艺效能的关键。从热力学和基因组学角度分析，ANAMMOX菌以小分子有机物、铁锰离子、NO和N2O为潜在电子供体或受体的新型代谢途径具有理论基础。本课题将以现有ANAMMOX菌混培物为起点，通过AMBR反应器富集和Percoll梯度密度离心技术获得高纯度（99.5%以上）ANAMMOX菌种，然后借助稳定同位素示踪技术和实时定量PCR等分析手段，分析不同电子传递体系下ANAMMOX过程的可行性、效率及代谢途径，考察潜在电子供体和受体对ANAMMOX菌生长的促进作用，并探索实现超短程CANON工艺（CANON-O）的优化条件，最终为开发出更高效、稳定且低成本的ANAMMOX脱氮工艺提供科学技术支撑。

相比传统生物脱氮技术，厌氧氨氧化(Anammox)工艺可以节省90%的运行费用和50%的空间。但是Anammox菌生长缓慢，启动期较长且不稳定。本课题以Anammox快速启动为起点，获得较高纯度Anammox菌种，然后借助稳定同位素示踪技术和单细胞分析手段，分析不同潜在电子供体和受体对Anammox过程的效率及代谢途径的影响，为Anammox工艺的高效稳定运行提供理论基础。Anammox启动过程中强化Anammox菌在系统中的优势是提高该工艺效能的关键。反应器的较长持留时间和接种较高Anammox丰度和较高的群落均匀度的污泥都有利于Anammox的快速启动。从热力学和基因组学角度分析，Anammox菌以小分子有机物和铁锰离子为潜在电子供体或受体的功能，在试验中发现0.08mM的Fe2+和0.05mM的Mn4+有利于强化Anammox脱氮效率，同时铁离子有充当Anammox菌潜在电子受体的能力。在低浓度乙酸盐和丙酸盐条件下J. asiatica为优势菌种的Anammox富集培养物能够以较低的生长速率生长。低浓度的乙酸盐（≤30 mg/L）和丙酸盐（≤50 mg/L）对Anammox菌脱氮过程无明显影响（P > 0.05）；在较高浓度的乙酸盐（≥ 240 mg/L）和丙酸盐（≥400 mg/L）培养条件下，NH4+-N去除率显著下降（P < 0.001）。乙酸盐与丙酸盐的加入会不同程度地刺激J. asiatica 对13C和15N的吸收，但是J. asiatica对15N与13C的代谢不是同步的，其对乙酸/丙酸的代谢途径倾向于利用其做为电子供体。Anammox快速启动研究和潜在电子受体的影响，为开发出更高效、稳定且低成本的Anammox脱氮工艺提供科学技术支撑。