来源:Frontiers of Environmental Science & Engineering 发布时间:2021/12/20 10:48:01
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FESE | 前沿研究:废水生物处理中被忽视的氮循环微生物

论文标题:Overlooked nitrogen-cycling microorganisms in biological wastewater treatment (废水生物处理中被忽视的氮循环微生物)

期刊:Frontiers of Environmental Science & Engineering

作者:Shaoyi Xu (许少怡), Xiaolong Wu (吴潇隆), Huijie Lu (逯慧杰)

发表时间: 26 Mar 2021

DOI:10.1007/s11783-021-1426-2

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原文链接:

http://journal.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s11783-021-1426-2

文章出版:Front. Environ. Sci. Eng. 2021, 15(6): 133

原文信息

题目:

Overlooked nitrogen-cycling microorganisms in biological wastewater treatment

作者:

Shaoyi Xu (许少怡), Xiaolong Wu (吴潇隆), Huijie Lu () (逯慧杰)

作者单位:

1 Key Laboratory of Environment Remediation and Ecological Health (Ministry of Education), College of Environmental & Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China

关键词:

Ammonia oxidizing archaea (AOA) (氨氧化古菌), Complete ammonia oxidizing (comammox) bacteria (全程硝化菌), Dissimilatory nitrate reduction to ammo-

nium (DNRA) bacteria (异化型硝酸盐还原细菌), Nitrate/nitrite-dependent anaerobic methane oxidizing(NOx-DAMO) microorganisms (硝酸盐/亚硝酸型厌氧甲烷氧化菌), Engineering application (微生物工程应用)

文章亮点

• 污水处理厂中AOA和comammox细菌可能比AOB/NOB具有更高的丰度和活性。

• 本文揭示了DNRA/厌氧氨氧化过程和NOx-DAMO/厌氧氨氧化/comammox过程的潜在耦合机制。

• 底物水平、SRT和压力因子等是决定这些被忽视微生物生态位的重要因素。

• 过去被忽视的氮循环微生物在强化脱氮处理中应用前景广阔。

文章简介

氮循环微生物在微生物学与废水工程交叉领域具有重要作用。除已被广泛研究的氨氧化细菌、亚硝酸盐氧化菌、异养反硝化菌和厌氧氨氧化菌外,还有一些在污水脱氮中丰度相对较低但功能重要的氮循环微生物。这些微生物包括但不限于氨氧化古菌 (AOA)、全程硝化(comammox)细菌、异化型硝酸盐还原(DNRA)细菌和硝酸盐/亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化(NOx-DAMO)微生物。过于数十年,高通量分子技术的迅猛发展促进了这些过去被忽视的微生物群体的检测、定量和表征。

因此,本文综述了污水处理中被忽视的氮循环微生物(AOA、comammox细菌、DNRA 细菌和NOx-DAMO微生物)的分布特征、生态位和动力学特性等方面的研究进展;并进一步讨论了它们在短程硝化/反硝化、短程硝化/厌氧氨氧化、短程反硝化/厌氧氨氧化、NOx-DAMO/厌氧氨氧化、NOx-DAMO/comammox等新型废水脱氮工艺中的潜在应用前景。本文从微生物学、生态学和工程学的角度全面地解析这些以前被忽视的微生物,这将有助于更好地理解它们与传统氮循环微生物间的生态位分异和相互作用,强化其在废水生物脱氮处理中的功能,从而促进未来高效、可持续的污水脱氮技术的发展。

图1 摘要图

编者点评

随着宏基因组学、转录组学等高通量分子生物学方法的快速发展,以往被忽视的氮循环微生物的分布、系统发育和代谢特性得到了越来越全面的研究。但对它们在生物脱氮过程中的原位活动以及与其他微生物的代谢相互作用仍然存在重要的认识差距。本文综述了污水处理厂中这些被忽视的氮循环微生物的分布、生态位和动力学特性的最新知识。讨论了它们在新型废水脱氮工艺中的应用前景。从微生物学、生态学和工程学的角度全面了解这些被忽视的氮循环微生物,将有助于设计和运行更高效和可持续的生物脱氮工艺。

摘要

Nitrogen-cycling microorganisms play key roles at the intersection of microbiology and wastewater engineering. In addition to the well-studied ammonia oxidizing bacteria, nitrite oxidizing bacteria, heterotrophic denitrifiers, and anammox bacteria, there are some other N-cycling microorganisms that are less abundant but functionally important in wastewater nitrogen removal. These microbes include, but not limited to ammonia oxidizing archaea (AOA), complete ammonia oxidation (comammox) bacteria, dissimilatory nitrate reduction to ammonia (DNRA) bacteria, and nitrate/nitrite-dependent anaerobic methane oxidizing (NOx-DAMO) microorganisms. In the past decade, the development of high-throughput molecular technologies has enabled the detection, quantification, and characterization of these minor populations. The aim of this review is therefore to synthesize the current knowledge on the distribution, ecological niche, and kinetic properties of these “overlooked” N-cycling microbes at wastewater treatment plants. Their potential applications in novel wastewater nitrogen removal processes are also discussed. A comprehensive understanding of these overlooked N-cycling microbes from microbiology, ecology, and engineering perspectives will facilitate the design and operation of more efficient and sustainable biological nitrogen removal processes.

本期编辑

靳百川,男,24岁,北京化工大学化学工程学院2019级环境工程专业硕士生,导师为张婷婷教授,研究方向为生物炭基异味抑制材料的开发。

投稿与检索

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