Chem. Eng. J. ∣粒径依赖性的，生物炭促进厌氧氨氧化（Anammox）过程
文献信息：
作者：Jiajia Xu, Chao Li, Nanwen Zhu, Yanwen Shen, Haiping Yuan
发表时间：2 December 2020
https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127925
Chemical Engineering Journal 影响因子：13.4
ABSTRACT
背景介绍
五月时光正好
在废水处理过程中，废水中硝酸盐（NO₃⁻）的累积会降低厌氧氨氧化（anammox）的生物脱氮效率。具有氧化还原活性的生物炭，作为一种有效的添加剂，可以通过其表面官能团的氧化还原循环来增强微生物对硝酸盐（NO₃⁻）的还原能力。然而，生物炭对厌氧氨氧化微生物群落的氧化还原反应性影响尚不清楚。
本研究探讨了不同粒径（10–30 μm的小粒径生物炭SP、200–500 μm的中粒径生物炭MP以及2–5 mm的大粒径生物炭LP）的玉米秸秆衍生生物炭对厌氧氨氧化反应器的影响。这些反应器在长期连续运行中，面临着不同的氮负荷条件。研究发现，添加SP、MP和LP生物炭的厌氧氨氧化反应器的平均氮去除效率分别达到97.9%、97.5%和87.9%，均显著高于未添加生物炭的对照组反应器的80.5%。此外，与对照组相比，生物炭的添加使反应器出水中的硝酸盐（NO₃⁻）浓度降低了40.7%至45.2%，这一现象可能与微生物和属于Chloroflexi门的异养反硝化细菌之间的相互作用有关。
进一步的电化学分析表明，基于循环伏安法和电化学阻抗谱对污泥胞外聚合物（EPS）进行检测，发现生物炭提高EPS电子传输能力的效果随着生物炭粒径的减小而增强，顺序为SP > MP > LP。特别值得注意的是，SP生物炭在促进厌氧氨氧化细菌Candidatus Brocadia的增殖以及增加污泥中厌氧氨氧化相关功能基因（hzsA、hdh、nirS和napA）的丰度方面，表现出比LP生物炭更优越的性能。这些发现共同揭示了氧化还原活性生物炭对厌氧氨氧化微生物群落的刺激作用，并且这种作用具有粒径依赖性，这为实现高效氮去除的厌氧氨氧化过程提供了可能的途径。
RESULTS
图文解读
图1
四种厌氧氨氧化反应器的 (A) 出水NH4+-N浓度、(B) 出水NO2--N浓度、(C) 出水NO3--N浓度、(D) 氮负荷率（NLR）、(E) 氮去除率（NRR）和 (F) 氮去除效率（NRE）的时间变化曲线。
图2
厌氧氨氧化污泥的特性表征，包括：(A) 比活性（SAA），(B) 细胞外聚合物（EPS）含量，基于PARAFAC模型识别的两个组分的(EEM)轮廓图 (C) 组分1和 (D) 组分2，(E) 第80天采集的EPS的循环伏安图，以及 (F) 第80天采集的EPS的电化学阻抗谱。星号表示统计分析结果：p < 0.05 (*)，p < 0.01 (**) 和 p < 0.001 (***).
图3
微生物群落组成在(A) 门水平和(B) 属水平的分布，以及微生物群落的主成分分析（PCA）图在(C) 门水平和(D) 属水平的分布。
图4. 厌氧氨氧化反应器性能参数与属水平微生物群落相对丰度之间的相关性
颜色梯度表示斯皮尔曼等级相关系数，范围从红色（正相关）到蓝色（负相关）。星号表示统计显著性：p < 0.05 (*)，p < 0.01 (**) 和 p < 0.001 (***).
图5
在第40天和第80天采集的厌氧氨氧化污泥中选定功能基因的拷贝数：(A)hzsA、(B)hdh、(C)nirS和 (D)napA。星号表示统计分析结果：p < 0.05 (*)，p < 0.01 (**)，p < 0.001 (***).
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