城鎮(zhèn)污水處理廠生化尾水深度凈化脫氮常采用異養(yǎng)反硝化工藝，安全廉價(jià)的碳源是該工藝高效運(yùn)行的關(guān)鍵。與常用液態(tài)碳源相比，可生物降解型人工合成聚合物固體碳源因運(yùn)輸安全、釋碳穩(wěn)定而成為反硝化脫氮領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。聚乳酸(PolylacticacidPLA)、3-羥基丁酸/戊酸酯共聚物(Polyhydroxy-butyrate-co-valeratePHBV)、聚己內(nèi)酯(Poly(ε-caprolactone)PCL)和聚丁二酸丁二醇酯(Poly(ButyleneSuccinate)PBS)等聚合物具有良好釋碳性能。但PHBV，PCL和PBS等聚合物在合成過程中存在聚合條件苛刻、催化劑毒性高等問題，存在安全隱患。PLA能夠由乳酸直接縮聚而成，合成方法簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，被認(rèn)為是最具有發(fā)展?jié)摿Φ目缮锝到饩酆衔铩?/span>
目前，關(guān)于PLA作為固體碳源進(jìn)行反硝化脫氮的研究多以工程應(yīng)用為主。FAN等研究了PLA反硝化脫氮的污泥培養(yǎng)時(shí)間(35d)與適宜溫度(30~40℃)。彭書林等優(yōu)化了PLA反硝化系統(tǒng)的適宜進(jìn)水pH范圍為7.8~10.1。TAKAHASHI等從PLA水解產(chǎn)物角度判斷了不同分子量PLA的脫氮效果，指出低分子量PLA脫氮效果更好。但是不同分子量PLA的脫氮路徑及相應(yīng)機(jī)制尚不清晰，這是異養(yǎng)微生物脫氮過程高效調(diào)控的理論基礎(chǔ)。
本研究選取分子量為5000g·mol−1，10000g·mol−1和50000g·mol−1的PLA，在探究其釋碳性能和反硝化效果的基礎(chǔ)上，通過分析出水溶解性有機(jī)質(zhì)(DOM)組分及微生物群落結(jié)構(gòu)，揭示不同分子量PLA反硝化脫氮路徑與機(jī)制，以期為PLA應(yīng)用于低碳脫氮提供參考。
1、材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)原料
本實(shí)驗(yàn)選用直接聚合法合成的PLA。該方法流程簡(jiǎn)單成本較低，合成的PLA分子量在5000~50000g·mol−1 。因此，本實(shí)驗(yàn)選取分子量為5000g·mol−1，10000g·mol−1，50000g·mol−1的PLA進(jìn)行研究。PLA的形態(tài)為白色橢球形顆粒，其直徑為2~3mm、長(zhǎng)為3~4mm。其他試劑均采用分析純。模擬廢水的制備方法：在自來水中加入NaNO3和KH2PO4，使NO3−-N質(zhì)量濃度為30mg·L−1，PO43−-P質(zhì)量濃度為6mg·L−1；微量元素溶液按1mL·L−1體積分?jǐn)?shù)添加，其組分如表1所示。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
1)聚乳酸PLA靜態(tài)釋碳研究方法。取3只500mL錐形瓶，分別加入300mL去離子水，并加入100g分子量為5000g·mol−1、10000g·mol−1、50000g·mol−1的PLA，瓶口密封，放置于35℃、80r·min−1恒溫培養(yǎng)箱中。每24h取樣并更換去離子水，連續(xù)更換17d。之后，測(cè)定水樣COD，并計(jì)算PLA的累計(jì)釋碳率(cumulativecarbonreleaserate)。
2)聚乳酸PLA反硝化研究方法。取3只500mL錐形瓶，加入300mL模擬廢水和150mL活性污泥(MLSS為3g·L−1)，分別加入100g分子量為5000g·mol−1、10000g·mol−1、50000g·mol−1的PLA，瓶口密封，放置于35℃、80r·min−1恒溫培養(yǎng)箱中。每24h取樣并更換300mL模擬廢水，連續(xù)更換36d，并于第1天、第17天和第37天取樣分析DOM組分，于第37天取樣分析微生物群落結(jié)構(gòu)。測(cè)定水樣NO3−-N、NO2−-N、NH4+-N、COD，并計(jì)算反硝化速率(Denitrificationrate)。
3)PLA累計(jì)釋碳率計(jì)算。PLA累計(jì)釋碳率可用CR來表示，計(jì)算如式(1)所示。
式中：CRd為第d天的累計(jì)釋碳率；Ci為第i天的COD，mg·L−1；V為實(shí)驗(yàn)溶液體積，L；TC為釋碳實(shí)驗(yàn)所使用PLA總含碳量，mg。
4)PLA反硝化速率計(jì)算。反硝化速率可以用DR表示，如式(2)所示。
式中：DR為反硝化速率，mg·L−1·h−1；C0和Ce分別為NO3−-N初始濃度和出水質(zhì)量濃度，mg·L−1。本研究中水力停留時(shí)間(HRT)統(tǒng)一為24h。
1.3 分析測(cè)試方法
水樣經(jīng)0.45μm膜濾膜過濾后測(cè)定相關(guān)參數(shù)。其中，NO3−-N采用紫外分光光度法測(cè)定；NO2−-N采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法測(cè)定；NH4+-N采用納氏試劑法測(cè)定；COD采用快速消解分光光度法(DR-1900，哈希，美國(guó))測(cè)定。三維熒光光譜采用日立(Hitachi)F-7000熒光分光度計(jì)測(cè)定，激發(fā)波長(zhǎng)(λex)掃描范圍：200~450nm，發(fā)射波長(zhǎng)(λem)掃描范圍：250~600nm；狹縫寬帶：λex=5nm，λem=5nm；掃描速度2400nm·min−1。三維熒光光譜(3D-EEM)根據(jù)激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)的不同范圍分為5個(gè)區(qū)域。這5個(gè)區(qū)域分別為Ⅰ區(qū)(λex/λem=(200~250nm)/(250~330nm)，類酪氨酸物質(zhì))、Ⅱ區(qū)(λex/λem=(200~250nm)/(330~380nm)，類色氨酸物質(zhì))、Ⅲ區(qū)(λex/λem=(200~250nm)/(380~550nm)，類富里酸物質(zhì))、Ⅳ區(qū)(λex/λem=(250~400nm)/(250~380nm)，溶解性微生物代謝產(chǎn)物物質(zhì))、Ⅴ區(qū)(λex/λem=(250~400nm)/(380~550nm)，類腐殖酸物質(zhì))。按照熒光區(qū)域積分(FRI)分析法，通過Origin9.1計(jì)算熒光區(qū)域的積分體積Фi；對(duì)熒光區(qū)域的積分體積進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得到區(qū)域i的標(biāo)準(zhǔn)化積分體積Фi,n；再計(jì)算總熒光區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)化積分體積ФT,n；最后計(jì)算區(qū)域i標(biāo)準(zhǔn)化積分體積占總標(biāo)準(zhǔn)化積分體積之比Ｐi,n。
微生物群落結(jié)構(gòu)采用16SrRNA高通量測(cè)序進(jìn)行分析。污泥樣品采集后置于10mL離心管內(nèi)，-20℃保存，隨后進(jìn)行樣品DNA提取，采用通用引物338F(ACTCCTACGGGAGGCAGCAG)和806R(GGACTACHVGGGTWTCTAAT)對(duì)樣品16SrRNA基因V3-V4可變區(qū)進(jìn)行PCR擴(kuò)增。PCR產(chǎn)物用QuantiFluor™-ST定量系統(tǒng)(美國(guó)Promega公司)檢測(cè)定量后，最后利用IlluminaMiseqPE300平臺(tái)進(jìn)行測(cè)序。使用Uparse軟件(version11)，根據(jù)97%的相似度對(duì)序列進(jìn)行OTU聚類。利用RDPclassifier(version2.13)對(duì)每條序列進(jìn)行物種分類注釋，比對(duì)Silva16SrRNA數(shù)據(jù)庫(version138)，設(shè)置比對(duì)閾值為70%，并在門、科和屬水平上統(tǒng)計(jì)不同樣本的群落組成。
2、結(jié)果與討論
2.1 PLA靜態(tài)釋碳性能
分子量為5000g·mol−1、10000g·mol−1和50000g·mol−1的PLA靜態(tài)釋碳性能如圖1所示。PLA的分子量增大，其釋碳穩(wěn)定性越好。分子量為5000g·mol−1、10000g·mol−1的PLA釋碳表現(xiàn)出明顯的兩階段性：第1天為快速釋碳階段，COD分別降為40mg·L−1和33mg·L−1；第2~17天為緩慢釋碳階段，每天穩(wěn)定釋放COD約20mg·L−1。分子量50000g·mol−1的PLA未見明顯的階段性，而周期內(nèi)COD釋放量每天保持約20mg·L−1。不同分子量PLA在17d內(nèi)累計(jì)釋放率穩(wěn)定增長(zhǎng)，且不超過0.1%。
性能良好的固體碳源在清水中釋碳能力較弱，可在微生物作用下釋放反硝化脫氮所需碳源。上述數(shù)據(jù)表明，不同分子量的PLA均可長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行低量釋放碳源，為一種性能良好的固體碳源。這歸因于PLA的水溶性差，在清水中可長(zhǎng)時(shí)間低量釋碳(約為20mg·L−1)，與PCL、PHBV等人工合成碳源釋碳量相近(13.35~26.70mg·L−1)，遠(yuǎn)低于玉米芯和花生殼等天然碳源(200~300mg·L−1)；而固體碳源靜態(tài)釋碳過高，應(yīng)用脫氮系統(tǒng)中會(huì)造成出水有機(jī)物含量超標(biāo)。
2.2 PLA反硝化脫氮性能
當(dāng)PLA分子量分別為5000g·mol−1、10000g·mol−1和50000g·mol−1時(shí)，出水NO3−-N質(zhì)量濃度變化、去除率和反硝化速率如圖2所示，副產(chǎn)物NH4+-N質(zhì)量濃度和不同形態(tài)N比例變化如圖3。
隨著PLA分子量的增加，出水NO3−-N質(zhì)量濃度增大，去除率和反硝化速率降低。第1~16天，不同分子量PLA的出水NO3−-N質(zhì)量濃度均隨時(shí)間逐漸下降，去除率和反硝化速率逐漸升高；第17~36天，不同分子量PLA出水NO3−-N質(zhì)量濃度、去除率和反硝化速率均呈穩(wěn)定趨勢(shì)，5000g·mol−1分子量PLA的NO3−-N去除率和反硝化速率可分別達(dá)到100%和1.29mg·L−1·h−1。分析其原因，在反硝化過程中，微生物無法直接利用PLA顆粒，而是以PLA的水解產(chǎn)物作為碳源。PLA會(huì)在微生物分泌的胞外水解酶作用下，發(fā)生內(nèi)部酯鍵水解而形成小分子有機(jī)酸 ，胞外水解酶會(huì)優(yōu)先催化水解PLA的非晶區(qū)。PLA水解出小分子有機(jī)物的能力也與其分子量密切相關(guān)。低分子量PLA主要以非晶區(qū)存在更容易被胞外酶催化水解提供有效碳源，故其反硝化效果更好。
由圖3 (a)可知，在反應(yīng)過程中，PLA分子量分別為10000g·mol−1、50000g·mol−1時(shí)，NH4+-N無明顯積累(<0.5mg·L−1)。PLA分子量為5000g·mol−1時(shí)，反應(yīng)1d時(shí)出水NH4+-N質(zhì)量濃度為2.27mg·L−1。這可能是由于PLA分子量為5000g·mol−1時(shí)，反應(yīng)器的接種污泥釋放了在污水處理廠吸附的銨；而在后續(xù)實(shí)驗(yàn)階段，NH4+-N稍有積累，最高質(zhì)量濃度為0.83mg·L−1，這可能是由于反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生了硝酸鹽異化還原為銨(dissimilatorynitratereductiontoammonium，DNRA)的反應(yīng)。PLA分子量為5000g·mol−1時(shí)，NH4+-N積累量大于PLA分子量為10000g·mol−1和50000g·mol−1時(shí)。這是因?yàn)?/span>PLA分子量為5000g·mol−1時(shí)，能釋放更多碳源并加強(qiáng)DNRA作用。DNRA作用常見于固體碳源脫氮過程，但NH4+-N積累量會(huì)隨不同種類碳源變化。一般情況下，天然固體碳源的效果會(huì)優(yōu)于聚合物類固體碳源。而本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PLA為固體碳源時(shí)，其出水NH4+-N積累量(<0.83mg·L−1)會(huì)低于PHBV(1.14mg·L−1)等其他聚合物碳源。不同分子量PLA反硝化實(shí)驗(yàn)出水NO2−-N無明顯積累(<0.2mg·L−1)。異養(yǎng)反硝化反應(yīng)以有機(jī)物為電子供體，分為NO3−-N被還原為NO2−-N與NO2−-N被還原為N2兩步，分別由硝酸鹽還原酶和亞硝酸鹽還原酶催化進(jìn)行。出水NO2−-N無明顯積累表明以PLA為固體碳源的反硝化反應(yīng)的限速步驟為NO3−-N被還原為NO2−-N過程，而NO2−-N能迅速被亞硝酸鹽還原酶還原為N2。
由圖3 (b)可知，穩(wěn)定期(第17~36天)不同分子量PLA反硝化氮?dú)廪D(zhuǎn)化率均高于馴化期(第1~16天)，5000g·mol−1分子量PLA穩(wěn)定期氮?dú)廪D(zhuǎn)化率達(dá)到99%，且不同分子量PLA反硝化出水NO2−-N無明顯積累。這表明5000g·mol−1分子量的PLA能實(shí)現(xiàn)完全反硝化，幾乎不生成NO2−-N和NH4+-N等副產(chǎn)物。
2.3 PLA反硝化脫氮機(jī)制
1)PLA反硝化電子供體有機(jī)質(zhì)來源。分子量分別為5000g·mol−1、10000g·mol−1和50000g·mol−1的PLA對(duì)應(yīng)反硝化出水COD的變化如圖4所示，溶解性有機(jī)質(zhì)(DOM)組分變化如圖5、6和7所示。
由圖4可知，分子量為5000g·mol−1、10000g·mol−1和50000g·mol−1的PLA對(duì)應(yīng)的反硝化實(shí)驗(yàn)出水COD較穩(wěn)定，平均COD分別為16.26mg·L−1、15.35mg·L−1和14.17mg·L−1。固體碳源反硝化系統(tǒng)內(nèi)COD主要取決于微生物作用下碳源釋放過程與異養(yǎng)反硝化等碳源利用過程。圖4中出水COD穩(wěn)定表明脫氮系統(tǒng)內(nèi)碳源的釋放與利用達(dá)到平衡，即在脫氮過程中微生物水解PLA釋放的碳源會(huì)被微生物菌群迅速用于反硝化脫氮及自身生長(zhǎng)繁殖。
根據(jù)三維熒光光譜(3D-EEM)的特定波長(zhǎng)熒光強(qiáng)度數(shù)據(jù)，能顯示水中溶解性有機(jī)質(zhì)(DOM)的組分特征。由三維熒光光譜(圖5)可知，不同分子量PLA反硝化出水中DOM組分主要為溶解性微生物代謝產(chǎn)物、腐殖酸類、富里酸類及少量蛋白質(zhì)類物質(zhì)。為進(jìn)一步探究DOM的熒光特性，運(yùn)用熒光光譜FRI對(duì)DOM的三維熒光光譜進(jìn)行定量分析。各樣品的總積分標(biāo)準(zhǔn)體積見圖6 (a)。隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，反應(yīng)器中DOM的熒光強(qiáng)度逐漸降低。這說明PLA異養(yǎng)反硝化能去除水中DOM。各熒光組分占比見圖6 (b)。隨著反硝化時(shí)間的延長(zhǎng)，反應(yīng)器內(nèi)溶解性微生物代謝產(chǎn)物和類蛋白質(zhì)物質(zhì)組分占比降低，而腐殖酸類和富里酸類物質(zhì)組分占比升高。這是因?yàn)槿芙庑晕⑸锎x產(chǎn)物等易降解有機(jī)物在反硝化過程中會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為腐殖酸類和富里酸類等難降解有機(jī)物，A2O工藝的缺氧池中也存在以微生物代謝產(chǎn)物為電子供體的反硝化過程，同時(shí)產(chǎn)生腐殖酸。因此，PLA反硝化脫氮電子供體來源不僅有PLA釋放的小分子碳源，還有溶解性微生物代謝產(chǎn)物等有機(jī)物。
2)PLA脫氮微生物學(xué)機(jī)制分析。分子量分別為5000g·mol−1、10000g·mol−1和50000g·mol−1的PLA對(duì)應(yīng)的反硝化脫氮系統(tǒng)微生物群落多樣性分析結(jié)果：α多樣性指數(shù)如表2所示，微生物門、科和屬水平群落結(jié)構(gòu)如圖7和8所示。
表2表明，所有樣品覆蓋率(coverage)均為0.99，代表測(cè)序結(jié)果真實(shí)可靠。反應(yīng)器中Shannon和Chao指數(shù)基本無變化并保持在較高數(shù)值，證明PLA分子量對(duì)微生物群落豐富度和多樣性影響不大，且PLA反應(yīng)器內(nèi)微生物活性較高，同時(shí)也表明PLA可作為反硝化固體碳源。
不同污泥樣品在門水平上的分布如圖7 (a)所示，主要優(yōu)勢(shì)門主要有變形菌門(Proteobacteria)(32.28%~35.12%)、綠彎菌門(Chloroflexi)(25.67%~36.00%)、放線菌門(Actinobacteriota)(5.11%~6.82%)、CPR細(xì)菌(Patescibacteria)(3.92%~8.14%)和擬桿菌門(Bacteroidota)(5.47%~6.27%)。常見的還原硝酸鹽的反硝化菌屬大多在變形菌門(Proteobacteria)和擬桿菌門(Bacteroidota)下，不同分子量PLA反應(yīng)器內(nèi)變形菌門(Proteobacteria)與擬桿菌門(Bacteroidota)相對(duì)豐度之和為37.75%~41.38%。這表明各反應(yīng)器內(nèi)這2種菌門為優(yōu)勢(shì)菌門。綠彎菌門(Chloroflexi)下的微生物能在厭氧條件下吸收來自細(xì)胞裂解的肽聚糖等物質(zhì)，其部分屬能利用細(xì)胞釋放的微生物代謝產(chǎn)物作為電子供體進(jìn)行反硝化作用，S3樣品內(nèi)綠彎菌門(Chloroflexi)相對(duì)豐度(36.00%)明顯高于S1(27.97%)、S2(25.67%)樣品。推測(cè)這是由于分子量50000g·mol−1的PLA無法釋放出足夠碳源以供微生物生長(zhǎng)所需，使得微生物細(xì)胞裂解釋放肽聚糖，造成綠彎菌門(Chloroflexi)等菌群相對(duì)豐度的增加。放線菌門(Actinobacteriota)與CPR細(xì)菌(Patescibacteria)常見于城市污水處理廠活性污泥內(nèi)。
由圖8 (a)可知，S1樣品擬桿菌門(Bacteroidota)、放線菌門(Actinobacteriota)和酸桿菌門(Acidobacteriota)相對(duì)豐度均高于S2和S3樣品。擬桿菌門(Bacteroidota)下的微生物可以降解紙漿等有機(jī)物從而釋放碳源，放線菌門(Actinobacteriota)下的微生物能合成胞外水解酶降解大分子有機(jī)物，其部分屬能夠水解PLA。隨著PLA分子量的升高，擬桿菌門(Bacteroidota)和放線菌門(Actinobacteriota)豐度降低。這表明5000g·mol−1分子量PLA更容易富集PLA水解相關(guān)菌門，從而釋放更多碳源。酸桿菌門(Acidobacteriota)中的微生物帶有narG、nirK和nirS等多種反硝化功能基因能夠編碼合成硝酸鹽還原酶和亞硝酸鹽還原酶，并能在厭氧條件下利用乙酸等有機(jī)物還原硝酸鹽。
樣品在科水平上的分布如圖7 (b)所示，樣品中共檢測(cè)出32個(gè)科。前十個(gè)主要優(yōu)勢(shì)科是：嗜甲基菌科(Methylophilaceae)(9.82%~14.32%)、厭氧繩菌科(Anaerolineaceae)(3.44%~11.62%)、生絲微菌科(Hyphomicrobiaceae)(4.04%~4.97%)、norank_o_C10-SB1A(2.44%~3.76%)、亞硝化單胞菌科(Nitrosomonadaceae)(2.40%~3.77%)、紅環(huán)菌科(Rhodocyclaceae)(1.96%~4.53%)、unclassified_p_Patescibacteria(0.18%~5.25%)、腐敗螺旋菌科(Saprospiraceae)(2.37%~2.63%)、A4b(1.56%~3.94%)、暖繩菌科(Caldilineaceae)(2.18%~2.80%)。嗜甲基菌科(Methylophilaceae)、厭氧繩菌科(Anaerolineaceae)、生絲微菌科(Hyphomicrobiaceae)、紅環(huán)菌科(Rhodocyclaceae)和暖繩菌科(Caldilineaceae)均為硝酸鹽還原菌；亞硝化單胞菌科(Nitrosomonadaceae)是一種氨氧化菌(ammoniaoxidizingbacterium，AOB)，能氧化氨氮為亞硝酸鹽；腐敗螺旋菌科(Saprospiraceae)是一種亞硝酸鹽還原菌。上述各菌科均為反硝化脫氮過程的關(guān)鍵功能科，廣泛存在于全球各地廢水脫氮反應(yīng)器中。norank_o_C10-SB1A為硝酸鹽異化還原為氨(DNRA)功能菌群。A4b曾在含有PLA的反硝化系統(tǒng)中檢測(cè)出，是一種能降解大分子有機(jī)物的微生物。
如圖8 (b)所示，S1樣品生絲微菌科(Hyphomicrobiaceae)、norank_o_C10-SB1A和亞硝化單胞菌科(Nitrosomonadaceae)相對(duì)豐度高于S2和S3樣品。這表明含有5000g·mol−1分子量PLA的反應(yīng)器中起主要反硝化作用的菌科為生絲微菌科(Hyphomicrobiaceae)，且該菌生物活性較高，能在相對(duì)豐度小于5%的情況下，完成反硝化脫氮。norank_o_C10-SB1A和亞硝化單胞菌科(Nitrosomonadaceae)豐度較高，可能是因?yàn)?/span>5000g·mol−1分子量PLA能夠釋放較多碳源以致DNRA菌群(norank_o_C10-SB1A)繁殖，使得短時(shí)間內(nèi)NH4+-N得到積累，促進(jìn)了以NH4+-N為基質(zhì)的亞硝化單胞菌科(Nitrosomonadaceae)的生長(zhǎng)。因此，盡管norank_o_C10-SB1A相對(duì)豐度較高，出水NH4+-N卻未見明顯積累。
樣品在屬水平上的分布如圖7 (c)所示，共檢測(cè)出38個(gè)屬。前十個(gè)主要優(yōu)勢(shì)屬為：甲基嬌養(yǎng)桿菌屬(Methylotenera)(9.09%~13.26%)、norank_f_Anaerolineaceae (3.03%~10.85%)、生絲微菌屬(Hyphomicrobium)(3.50%~4.17%)、norank_f_norank_o_C10-SB1A (2.44%~4.00%)、norank_f_Caldilineaceae (2.10%~2.74%)、norank_f_Saprospiraceae (1.65%~1.91%)、unclassified_p_Patescibacteria (0.18%~5.25%)、norank_f_Steroidobacteraceae (1.34%~2.78%)、norank_f_Blastocatellaceae (0.18%~1.70%)、norank_f_norank_o_norank_c_JG30-KF-CM66 (1.49%~2.62%)。其中，甲基嬌養(yǎng)桿菌屬(Methylotenera)和生絲微菌屬(Hyphomicrobium)是典型反硝化菌屬具有還原硝酸鹽的作用，常見于反硝化活性污泥。norank_f_Anaerolineaceae、norank_f_Blastocatellaceae、norank_f_norank_o_norank_c_JG30-KF-CM66和norank_f_Steroidobacteraceae屬均與復(fù)雜有機(jī)物代謝有關(guān)。norank_f_Caldilineaceae和norank_f_Saprospiraceae屬是通過消耗有機(jī)物進(jìn)行反硝化作用的功能細(xì)菌。norank_f_norank_o_C10-SB1A為norank_o_C10-SB1A科下的細(xì)菌為DNRA作用的關(guān)鍵功能屬。
如圖8 (c)所示，S1樣品中生絲微菌屬(Hyphomicrobium)、norank_f_Steroidobacteraceae、norank_f_Blastocatellaceae和norank_f_JG30-KF-CM45屬相對(duì)豐度高于S2和S3樣品。生絲微菌屬(Hyphomicrobium)是隸屬于生絲微菌科(Hyphomicrobiaceae)的微生物，是反硝化作用的關(guān)鍵細(xì)菌。 norank_f_JG30-KF-CM45屬也是反硝化功能屬，豐度與有機(jī)物濃度成正比。norank_f_Blastocatellaceae屬參與代謝有機(jī)高分子物質(zhì)，可能與聚合物水解過程有關(guān)。norank_f_Steroidobacteraceae屬參與木質(zhì)素生物降解和解聚過程，也可水解有機(jī)聚合物。屬水平結(jié)果表明5000g·mol−1分子量PLA能富集更多水解功能菌群。
總體來說，不同分子量PLA脫氮系統(tǒng)內(nèi)微生物在門、科和屬水平上的分布不同。5000g·mol−1分子量的PLA更有利于富集水解功能菌群。PLA反硝化生物脫氮路徑主要有兩條：反硝化功能菌群利用水解大分子有機(jī)物的微生物分解PLA釋放的小分子碳源作為電子供體進(jìn)行異養(yǎng)反硝化作用；微生物利用溶解性微生物代謝產(chǎn)物等有機(jī)物進(jìn)行反硝化脫氮。
3、結(jié)論
1)PLA作為固體碳源，在清水中能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定釋放碳源，反硝化脫氮過程中釋碳主要依靠生物作用。PLA反硝化脫氮效果表明，PLA分子量越低，脫氮效率越高。不同分子量PLA出水NO2−-N和NH4+-N等副產(chǎn)物均未見明顯積累。5000g·mol−1分子量的PLA作為反硝化固體碳源更具有優(yōu)勢(shì)。
2)DOM組分和微生物測(cè)序結(jié)果表明，5000g·mol−1分子量的PLA更有利于富集水解相關(guān)功能菌群。PLA脫氮路徑有兩條：一是反硝化功能菌群利用水解微生物分解PLA釋放的小分子碳源作為電子供體進(jìn)行異養(yǎng)反硝化作用；一是微生物利用溶解性微生物代謝產(chǎn)物等有機(jī)物進(jìn)行反硝化脫氮。（來源：中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院水生態(tài)環(huán)境研究所，蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，甘肅省膜科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，生態(tài)環(huán)境部環(huán)境發(fā)展中心）
