Efficient nitrogen removal from municipal wastewater by an autotrophic-heterotrophic coupled anammox system: The up-regulation of key functional genes

厌氧氨氧化菌 硝化作用 自养 反硝化 环境化学 生物 化学 人口 氮气循环 羟胺 生物化学 细菌 反硝化细菌 氮气 有机化学 人口学 社会学 遗传学
作者
Li Zhou,Junjiang Chen,Xiaonong Zhang,Zixuan Zhu,Zhiqiang Wu,Kangyu Zhang,Yiwen Wang,Peng Wu,Xingxing Zhang
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier]
卷期号:904: 166359-166359 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2023.166359
摘要

The metabolic pathways based on key functional genes were innovatively revealed in the autotrophic-heterotrophic coupled anammox system for real municipal wastewater treatment. The nitrogen removal performance of the system was stabilized at 88.40 ± 3.39 % during the treatment of real municipal wastewater. The relative abundances of the nitrification functional genes ammonia oxidase (amoA/B/C), hydroxylamine oxidoreductase (hao), and nitrite oxidoreductases (nxrA/B) were increased by 1.2–2.4 times, and these three nitrification functional genes were mostly contributed by Nitrospira that dominated the efficient nitrification of the system. The relative abundance of anammox bacteria Candidatus Brocadia augmented from 0.35 % to 0.75 %, accompanied with the increased expression of hydrazine synthase (hzs) and hydrazine dehydrogenase (hdh), resulting in the major role of anammox (81.24 %) for nitrogen removal. The expression enhancement of the functional genes nitrite reductase (narG/H, napA/B) that promoted partial denitrification (PD) of the system weakened the adverse effects of the sharp decline in the population of PD microbe Thauera (from 5.7 % to 2.2 %). The metabolic module analysis indicated that the carbon metabolism pathways of the system mainly included CO2 fixation and organic carbon metabolism, and the stable enrichment of autotrophic bacteria ensured stable CO2 fixation. Furthermore, the enhanced expression of the glucokinases (glk, GCK, HK, ppgk) and the abundant pyruvate kinase (PK) achieved stable hydrolysis ability of organic carbon metabolism function of the system. This study offers research basics to practical application of the mainstream anammox process.
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