分享自:

厌氧氨氧化污泥颗粒化与共氨氧化协同作用的研究进展

期刊:Journal of Environmental Chemical EngineeringDOI:10.1016/j.jece.2024.115300

这篇文档属于类型b,即科学论文但不是单一原创研究的报告,而是一篇综述文章。以下是针对该文档的学术报告:


作者与机构
本文的主要作者包括Rui Zhao、Xiaonong Zhang、Da Jin、Xurui Zhu、Luomiao Ji、Bo Gao和Peng Wu。他们来自苏州科技大学环境科学与工程学院,该学院同时是国家与地方联合工程实验室——城市污水资源化技术实验室,以及江苏省水处理技术与材料协同创新中心。文章发表在*Journal of Environmental Chemical Engineering*,并于2025年12月31日在线发布。

论文主题
本文的主题是厌氧氨氧化(Anammox)污泥颗粒化及其与完全氨氧化(Comammox)细菌的协同作用。文章系统回顾了Anammox污泥颗粒化的研究进展,探讨了Anammox与Comammox结合的可行性,为城市污水处理中的氮去除提供了新的理论支持。

主要观点与论据

1. Anammox污泥颗粒化的研究进展
Anammox是一种具有显著优势的氮去除技术,但其在处理低氨氮城市污水时面临污泥沉降性能恶化的问题。Anammox污泥颗粒化被认为是解决这一问题的有效途径。颗粒污泥具有高密度和紧凑结构,能够有效避免污泥流失。文章详细回顾了Anammox颗粒污泥的细菌群落结构、形成机制以及胞外聚合物(EPS)的特性。研究表明,Anammox颗粒污泥主要由Anammox细菌组成,但其形成过程中还涉及其他微生物的协同作用。EPS在颗粒化过程中起到了骨架粘结的作用,其蛋白质和多糖成分通过离子键、静电作用等机制促进了微生物的聚集。此外,群体感应(Quorum Sensing, QS)机制在Anammox颗粒化中也发挥了重要作用,通过信号分子调节EPS的合成与降解,从而促进颗粒化过程。

2. Comammox细菌的发现与特性
Comammox是一种新发现的氨氧化微生物,能够在低氨氮和低溶解氧环境中生长。与传统氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)不同,Comammox能够将氨氮完全氧化为硝酸盐,且对氨氮的亲和力更高。文章系统描述了Comammox的分布和生理特性,指出其在低营养环境中具有竞争优势。Comammox的基因组包含完整的氨氧化酶基因(amoA)、羟胺氧化还原酶基因(hao)和亚硝酸盐氧化还原酶基因(nxr),使其能够独立完成氨氧化过程。此外,Comammox在低氧环境中的适应性使其在城市污水处理中具有潜在应用价值。

3. Anammox与Comammox结合的可行性
文章分析了Anammox与Comammox结合的可行性,认为两者的协同作用能够抑制NOB的生长,促进亚硝酸盐的积累,从而提高氮去除效率。研究表明,Comammox在低氨氮和低溶解氧条件下能够与Anammox微生物共存,形成互利关系。通过优化溶解氧浓度,可以实现Comammox与Anammox的高效耦合。此外,Comammox的引入为城市污水处理中的主流氮去除提供了新的解决方案。文章还探讨了基于Comammox-Anammox耦合的颗粒污泥系统的构建与运行控制,认为该技术在处理低氨氮废水方面具有广阔的应用前景。

4. Anammox颗粒污泥形成机制
文章详细回顾了Anammox颗粒污泥的形成机制,提出了多种假说,包括惰性核模型、选择压力假说、局部脱水与疏水作用模型、丝状细菌模型以及多价阳离子键合模型等。研究表明,Anammox颗粒污泥的形成可以分为四个主要阶段:微生物细胞的物理接触、稳定多细胞簇的形成、EPS的分泌与颗粒化,以及三维结构的稳定化。EPS在颗粒化过程中起到了关键作用,其蛋白质和多糖成分通过多种化学键促进了微生物的聚集。此外,水力剪切力对颗粒化过程也有重要影响,适当的剪切力能够促进颗粒污泥的密实化。

5. Comammox与其他硝化细菌的关系
文章探讨了Comammox与其他硝化细菌(如AOA、AOB和NOB)的关系,指出Comammox在低氨氮和低溶解氧环境中具有竞争优势。研究表明,Comammox与AOA和AOB之间存在功能分化,能够在不同环境中共同完成氨氧化过程。此外,Comammox与NOB在氮循环中也存在协同作用,Comammox能够通过减少硝酸盐的积累为NOB提供生长条件。

6. Anammox与Comammox耦合的挑战与未来展望
文章指出,尽管Anammox与Comammox耦合在理论上具有显著优势,但其在实际应用中仍面临诸多挑战,如颗粒污泥的长期稳定性、溶解氧浓度的精确控制以及微生物群落的优化等。未来的研究应重点关注如何提高颗粒污泥的稳定性、优化Comammox与Anammox的协同作用,以及减少温室气体排放。此外,开发更高效的颗粒载体和反应器设计也是未来研究的重要方向。

论文的意义与价值
本文系统回顾了Anammox污泥颗粒化的研究进展,并首次全面探讨了Anammox与Comammox结合的可行性,为城市污水处理中的氮去除提供了新的理论支持。文章不仅丰富了Anammox颗粒化机制的理论体系,还为Comammox在废水处理中的应用提供了科学依据。此外,本文提出的Comammox-Anammox耦合策略为低氨氮废水的处理提供了创新思路,具有重要的工程应用价值。

亮点
本文的亮点在于:
1. 系统回顾了Anammox污泥颗粒化的研究进展,详细阐述了其形成机制与EPS特性。
2. 首次全面探讨了Comammox的分布、生理特性及其与Anammox的协同作用。
3. 提出了基于Comammox-Anammox耦合的颗粒污泥系统,为低氨氮废水的处理提供了创新解决方案。
4. 强调了群体感应机制在Anammox颗粒化中的重要作用,为未来研究提供了新的方向。


这篇综述文章不仅为Anammox与Comammox的研究提供了全面的理论框架,还为城市污水处理技术的创新提供了重要的科学依据。

上述解读依据用户上传的学术文献,如有不准确或可能侵权之处请联系本站站长:admin@fmread.com