ANAMMOX培养物中硫酸盐型氨氧化生物转化机制

来源：环境科学杂志2021年第1期北京时间：

作者：毕贞,董石语,黄勇

单位：苏州科技大学环境科学与工程学院, 苏州 215009,苏州科技大学城市生活污水资源化利用技术国家地方联合工程实验室, 苏州 215009,苏州科技大学环境科学与工程学院, 苏州 215009,苏州科技大学环境科学与工程学院, 苏州 215009,苏州科技大学城市生活污水资源化利用技术国家地方联合工程实验室, 苏州 215009

摘要：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.

关键词：ANAMMOX培养物,硫酸盐型氨氧化(SRAO),氨氧化细菌(AOB),异养硫酸盐还原细菌(SRB),氧化还原电位(ORP),溶解氧(DO),功能基因,