醌氧化還原介質對厭氧氨氧化生物活性的影響
錦集
RMS 通過厭氧氨氧化生物抑制TN的去除性能
RMs 可以顯著提高厭氧氨氧化菌**酶的活性
RMs是推斷發揮作用的Q/QH2在厭氧氨氧化過程
作為主要的原因，可能會阻止ladderane RMs 和**酶之間的聯系
文章信息
1.文章歷史
2013年9月修訂
2013年10月31日修訂編版
2013年11月1日被接受
2013年11月10日在網上發布
2.**詞
厭氧氨氧化
氧化還原介質
肼脫氫酶
亞硝酸鹽還原酶
硝酸還原酶
3.摘要
本研究**先探討厭氧氨氧化生物/**酶和醌的氧化還原介質之間的活動關系，其中蒽醌-2,6-二磺酸（AQDS），2-羥基-1,4- napthoqui-無（LAW）和蒽醌-2-羧酸（AQC）。實驗結果表明，總脫氮性能隨三種氧化還原介質（RMS）用量的增加而呈下降趨勢。例如，當AQC增加到0.8毫米，TN的去除率急劇減少到17.2mg-N/gVSS/h，只能控制大約20%。這種現象可能是微生物中毒與細胞外的RM增加而引起的。然而，粗肼脫氫酶，亞硝酸鹽還原酶，和硝酸還原酶的活性增強比沒有RMS的對照實驗約0.6-3倍。RMS被推斷在厭氧氨氧化過程中發揮輔酶/泛醌（Q/QH2）作用。此外，具體ladderane 膜結構可以阻隔RMS和厭氧氨氧化膜內的**酶。主要原因可能是RMS對厭氧氨氧化生物和**酶的反向影響。
1.簡介
厭氧氨氧化（ANAMMOX）現在被確認為是一種新穎的重要的生物脫氮工藝。它可以在厭氧條件下將NH4與NO2直接轉化成N2（Strouset等人，1999）。與傳統工藝相比（硝化反硝化生物），厭氧氨氧化過程提供了顯著的優點，如對氧氣和有機碳，低污泥產量和減少CO2和NO2的排放（Opden Campet等人，2006）。近日，唐等人（2010）報告了一個高達74.3-76.7 kg-N/m3/d的脫氮率在一個實驗室規模的厭氧氨氧化UASB反應器，在廢水生物脫氮的厭氧氨氧化工藝的高電位。然而，如此高的脫氮率（NRR）是通過連續添加厭氧氨氧化污泥到目標反應器，其中生物量濃度的增加高達42-57.7VSS/L（唐等人，2010）。此外，厭氧氨氧化菌相對長的培養時間為也會導致較長的啟動時間，通過降低厭氧氨氧化菌的豐度使厭氧氨氧化系統更加脆弱。因此，提高生物質厭氧氨氧化菌活性，并進一步縮短厭氧氨氧反應器的啟動是很趣味性和挑戰性的課題。研究人員已經進行了大量的努力， 通過外場能量（磁場力，低強度超聲）或添加幾種微量營養元素增加厭氧氨氧化菌的活性。例如，劉等。（2008）施加的磁場成功地提高厭氧氨氧化菌的活性，在60T的磁化率下，**大脫氮率提高了30%。類似地，段等，（2011）表明，總氮（TN）厭氧氨氧化菌的去除率提高25.5%，通過施加0.3W/cm2超聲強度與4分鐘的**佳照射時間，這個效果可以持續6天左右。除了外部**域的應用，喬等（2012）表明Mno2粉末的加入也可以使厭氧氨氧化菌的脫氮率為無二氧化錳粉的2倍。
近日，氧化還原介質（RMS）被發現在有機和無機污染物的厭氧生物轉化中起著重要的作用（范德齊和塞萬提斯，2009）。有一些研究集中在氧化還原介質的反硝酸化脫氮工藝中的作用。阿蘭達泰馬瑞等人（2007）通過反硝化生物，包括蒽醌-2,6-二磺酸（AQDS），1,2-萘醌-4-磺酸酯e(NQS).2,6-disulfonate(AQDS), 2-羥基-1,4-萘醌，研究了同時轉換硫化物和硝酸鹽不同醌的氧化還原介質的影響。他們證明，NQS**使用硫化氫作為電子供體的**高硝酸鹽還原率（荷蘭達泰馬瑞等人，2007）。Guoet等人（2010）探討了氧化還原介質催化脫氮工藝與蒽醌(AQ)由海藻酸鈣固定。他們還發現，加入500個蒽醌固定化珠會加速脫氮約兩倍。劉等（2012）證明，固定到功能聚合生物載體2-磺酸蒽醌（00.4mmol/L），可以提高脫氮率約1.5倍。直到現在還沒有關于RMS對厭氧氨氧化生物有影響的報告。
反硝化生物量****酶位于細胞膜或細胞膜外介質。因此，RMS可以接觸這些酶和加快硝酸鹽或亞硝酸鹽的生物降解速率。然而，厭氧氨氧化菌的**酶是位于厭氧氨氧化菌膜內，并在其膜引起質子動力勢和隨后的由膜結合ATP酶合成ATP（圖1中示出）。從厭氧氨氧化菌外面進入厭氧氨氧化膜，RMS**穿過細胞壁，細胞質膜，卵胞漿內膜和厭氧氨氧化膜以便與**酶接觸。厭氧氨氧化菌膜結構由C18和C20脂肪酸組成，包括3個或5個線性級鏈環丁烷（sinningheet等人，2002）。它們被脂結合到甘油骨架或醚結合的烷基鏈（sinningheet等人，2005）。因此，ladderane可能會阻止RMS和厭氧氨氧化膜內部的**酶之間的接觸。
本研究的目的是討調查三種RMS對厭氧氨氧化生物活性的影響。厭氧氨氧化菌的**酶（肼脫氫酶硝酸還原酶、亞硝酸還原酶）上RMS的影響也進行了研究。還討論了在兩個厭氧氨氧化生物和**酶上的效果的可能機制。所測試的RMS包括蒽醌-2,6-二磺酸（AQDS），2-羥基-1,4-萘醌（法）和蒽醌-2-羧酸（AQC）。
2.方法
2.1. 微生物與資料媒體
厭氧氨氧化污泥用于接種源自形反應器的厭氧氨氧化實驗規模的實驗室。反應器的內徑和高度分別為8和45厘米。這種反應器在670天的操作的總脫氮（TN）率為 8.0 kg-N/m3/d 。 KSU-1株(AB057453.1)的厭氧氨氧化菌約占種子的總生物量的70–75%。在實驗中使用的介質主要是由在（NH4）2SO4和亞硝酸鈉中的銨和亞硝酸鹽的形式。該微量礦物質培養基的組成如范德格拉夫等人描述（1996）。
