Page 175 - 《精细化工》2023年第1期
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第 1 期 谢岳林，等: 微生物燃料电池-好氧颗粒污泥系统中 C/N 对阴极微生物的影响 ·167·
次级代谢产物，其中包括抗生素、氨基酸和激素等， 颗粒污泥的颗粒化形态。纲水平下，γ-变形菌纲、
而某些抗生素可以对抗病原菌或者病毒，研究表明， 异常球菌纲、α-变形菌纲、拟杆菌纲、放线菌纲和
放线菌是这些天然产物的丰富来源 [25] ，在 E1 组中 绿弯菌纲为主要菌群。在 C/N=15.6 时，γ-变形菌纲
相对丰度较高的放线菌纲微生物，在本系统中可能 相对丰度达到最高，这将有利于提升系统的脱氮以
通过次级产物生物合成途径分泌了大量抗生素，从 及产电性能。
而有效抑制了其他对系统产生危害的病原微生物的 不同阴极样本中微生物主要通过新陈代谢以维
生长，使系统微生物获得了安全的生长环境。G1 中 持正常的生命活动。随着 C/N 的增加，MFC-AGS
ko01120 不同环境的微生物代谢和 ko02020 双组分 系统能够有效应对进水负荷的变化，其中第三水平
信号转导系统相对丰度较高，分别为 5.4%和 1.9%， 中代谢途径、次生代谢产物生物合成、不同环境的
其中 ko02020 双组分系统是自然界中最大的一类多 微生物代谢、氨基酸生物合成是主要功能，能够有
步信号转导途径，也是合成生物学的一个重要传感 效维持好氧颗粒污泥的稳定形态。在 C/N=5 阴极中
器家族，使细菌能够感知和响应细胞内外的物理、 不同环境的微生物代谢和双组分信号转导系统的变
化学和生物刺激 [26] ，这也对应着高氨氮浓度对好氧 化对应的是进水氨氮浓度过高对好氧颗粒污泥产生
颗粒污泥产生负面影响。此外，在不同阴极样本中 的负面影响。氮代谢功能水平对应了系统的脱氮性
的 ko00910 氮代谢水平分别为 0.38%（G1）、0.38% 能，不同的 C/N 可能会影响相关酶的丰度，从而影
响系统菌群的硝化与反硝化过程。
（F1）、0.40%（E1）和 0.39%（H1），虽然相对丰
度很低，但对氨氮的去除有明显的影响。氮代谢途 参考文献：
–
径如图 8 所示，其中涉及 5 种途径：固氮、同化 NO 3 [1] IDRIS S A, ESAT F N, ABD RAHIM A A, et al. Electricity
–
还原、异化 NO 3 还原、反硝化和硝化作用。不同途 generation from the mud by using microbial fuel cell[C]//MATEC
Web of Conferences, EDP Sciences, 2016.
径的相关酶水平是影响系统好氧颗粒污泥微生物的
[2] SARMA S J, TAY J H, CHU A. Finding knowledge gaps in aerobic
硝化与反硝化过程的重要因素。 granulation technology[J]. Trends in Biotechnology, 2017, 35(1):
66-78.
[3] NANCHARAIAH Y V, MOHAN S V, LENS P N L. Recent advances
in nutrient removal and recovery in biological and bioelectrochemical
systems[J]. Bioresource Technology, 2016, 215: 173-185.
[4] COMA M, VERAWATY M , PIJUAN M, et al. Enhancing aerobic
granulation for biological nutrient removal from domestic
wastewater[J]. Bioresource Technology, 2012, 103(1): 101-108.
[5] TANG X D (唐晓东). Study on degradation of excess sludge by
microbial fuel cell assisted by ultrasonic and aerobic granular
sludge[D]. Wuhan: Huazhong University of Science and Technology
(华中科技大学), 2017.
[6] MOY B Y, TAY J H, TOH S K, et al. High organic loading influences
the physical characteristics of aerobic sludge granules[J]. Letters in
Applied Microbiology, 2010, 34(6): 407-412.
[7] KIM D J, SEO D. Selective enrichment and granulation of ammonia
oxidizers in a sequencing batch airlift reactor[J]. Process Biochemistry,
2006, 41(5): 1055-1062.
注：圆圈为代谢产物；方框为氮代谢相关酶编号；NR 代表亚硝
[8] LIU Y Q, MOY Y P, TAY J H. COD removal and nitrification of
酸还原酶 low-strength domestic wastewater in aerobic granular sludge sequencing
图 8 氮代谢途径示意图 [27] batch reactors[J]. Enzyme & Microbial Technology, 2008, 42(1):
Fig. 8 Diagram of nitrogen metabolism pathway [27] 23-28.
[9] LUO J, HAO T, WEI L, et al. Impact of influent COD/N ratio on
disintegration of aerobic granular sludge[J]. Water Research, 2014,
3 结论 62: 127-135.
[10] FUENTES-ALBARRÁN C, JUÁREZ K, GAMBOA S, et al. Improving
the power density of a geobacter consortium-based microbial fuel
不同阴极微生物样本在门水平下的主要分布为 cell by incorporating a highly dispersed birnessite/C cathode[J].
变形菌门、异常球菌门、拟杆菌门、放线菌门、绿 Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 2020, 95(12):
3169-3178.
弯菌门和厚壁菌门。其中，变形菌门是促进反硝化
[11] LU H, OEHMEN A, VIRDIS B, et al. Obtaining highly enriched
作用的优势菌门，促进了 C/N=10 和 15.6 组中的硝 cultures of candidatus accumulibacter phosphatis through alternating
态氮的转化，提升了脱氮性能，而异常球菌门相对 carbon sources[C]// Iwa World Water Congress & Exhibition, 2006:
3838-3848.
丰度随着进水 C/N 的升高而减少。此外，在 C/N=15.6 [12] WANG X F (王雪飞), WANG Y Y (王悦云), XU W F (徐文芬).
中富集了最高丰度的放线菌门，这有利于维护好氧 Genetic differentiation of two epimedium species based on gene
