科研 | 中科院成都生物所：甲烷氧化与硝化-反硝化耦合的微生物群落结构和功能的划分（国人佳作）作者：微生态编译：微科盟H

作者：微生态
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导读
研究设计并构建了中空纤维膜生物膜反应器，以在低O2/CH4比和高脱氮速率下实现同步硝化-反硝化与甲烷氧化的耦合。反应器在三个O2/CH4比率下运行。当O2/CH4比率为1.47和2.1时，铵去除率分别达到77.5和95 mg/(L·d) 。微生物群落分析表明，物理分区和不同O2/CH4比率阶段的曝气实现了微生物群落结构和功能的分区。qPCR联合功能基因分析表明，气体分布器曝气促进悬浮液/混合填料样品中自养氨氧化菌的富集，中空纤维膜曝气有利于甲烷氧化菌和异养硝化-好氧反硝化细菌的生长。本研究有助于进一步理解群落组装工艺及其关键驱动因素，为高效脱氮性能制定调控策略。

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图文摘要
论文ID
原名：Compartmentation of microbial communities in structure and function for methane oxidation coupled to nitrification-denitrification
译名：甲烷氧化与硝化-反硝化耦合的微生物群落结构和功能的划分
期刊：Bioresource TechnologyIF：9.642发表时间：2021.8.14
通讯作者：刘晓风
通讯作者单位：中国科学院成都生物研究所环境与应用微生物学重点实验室
DOI号：10.1016/j.biortech.2021.125761
实验设计

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引言
高负荷废水的传统处理通常结合了厌氧消化、硝化和反硝化过程。然而，厌氧消化后， C/N对反硝化而言往往偏低。因此，需要添加甲醇、葡萄糖和其他的简单有机物以加速反硝化速率，造成了额外的成本和出水中潜在剩余的COD污染物。近年来，一些研究发现，厌氧消化产生的甲烷可以成为有助于氮去除的替代碳源。首先，甲烷被证明是参与硝酸盐/亚硝酸盐型反硝化（AME-D过程）的可能碳源，其中氮去除率可以达到549.6mg N /（L·d）。但由于甲烷的溶解度低，添加的甲烷不能得到充分利用，导致了甲烷与硝酸盐的高消耗比（简称"CH4-C/NO3--N比" ，范围为4.0至12.0），远高于1.27至1.39的理论值。为了提高甲烷利用率和氮素去除率，采用膜生物膜反应器运行AME-D工艺。Modin等人表明，在反硝化效率方面，膜附着生物膜（CH4-C/NO3--N比值为2.2）优于悬浮培养物（CH4-C/NO3--N比值为8.7）。随后，他们证明氧化甲烷的最佳氧甲烷体积比（简称" O2/CH4比"）为1.68 ，这与Sun等人揭示的结果一致（O2/CH4比值约为1.5）。
学界通过结合氨氧化进一步开发了应用于废水氮去除的AME-D工艺。Waki等人研究了甲烷氧化与硝化-反硝化相结合的每种脱氮途径的相对贡献，包括氨氧化、AME-D和anammox 。它们还揭示了主要的甲烷营养菌（主要是甲基单胞菌属Methylomonas和甲基球菌属Methylococcus），反硝化菌（主要是热单胞菌Thermomonas、Hyphomicrobium、丛毛单胞菌属Comamonas和嗜甲基菌Methylophilus）和铵氧化细菌（AOB）（亚硝基单胞菌Nitrosomonas europaea和亚硝基单胞菌Nitrosomonas eutropha）。由于丰度较低， Anammox细菌没有被观察到。基于这一理论基础，膜生物膜反应器具有以甲烷为碳源同时硝化反硝化的巨大潜力，可以在不同区域实现相对独立的AME-D和氨氧化。因此，本研究设计并构建了一种中空纤维膜生物膜反应器（HfMBR），旨在以低O2/CH4比和CH4-C/NO3--N比同时硝化-反硝化耦合与甲烷氧化（ME-SND）耦合。