連続フロー型バイオフィルムリアクター（CFBR）を用いた嫌気性消化槽液（ADLSW）を処理するSNADプロセスの細菌群集シフトと窒素除去特性

[Bacterial Community Shifts and Nitrogen Removal Characteristics for a SNAD Process Treating Anaerobic Digester Liquor of Swine Wastewater (ADLSW) in a Continuous-Flow Biofilm Reactor (CFBR)].

• Jia-Wei Qin
• Xin Xin
• Hang Lu
• Ping-Ping Zhang
• Lu-Rong Wang
• Chang-Wu Zou
• Jun-Yuan Guo

抄録

連続流バイオフィルム反応器(CFBR)で豚廃水の嫌気性消化液(ADLSW)を部分硝化、ANAMMOX(嫌気性アンモニウム酸化)、脱窒(SNAD)の同時プロセスを実現するために、まず、流入アンモニウム(NH-N)濃度を段階的に上昇させ、運転中は流入液中のADLSW比率を高め、溶存酸素(DO)を(0.4×B1;0.1mg×B7;L)に制御した。4±0.1）mg-Lに制御し、温度は（30±1）℃に維持した。一方、ハイスループットシーケンシングと定量PCR（ポリメラーゼ連鎖反応）技術を用いて、細菌群集のシフトと支配的窒素除去菌の量を解析した。その結果、150dでSNADプロセスの起動が成功し、298dで実際のバイオガススラリーの交換が完了した。排水(NO-N+NO-N)/ΔNH-N値は0.11以下であり、NH-N及びTN(全窒素)の平均除去率はそれぞれ63.26%及び55.71%に上昇した。さらに、ハイスループットシークエンスの結果から、クロロフレキシ(50.78%)、プロテオバクテリア(13.34%)、プランクトミセス(9.26%)の3つの微生物群が支配的であることが明らかになった。の相対的な豊度は1.55％から1.98％に増加した。また、相対的な存在量が0.01%から4.66%、(<0.01%)から4.18%に増加し、相対的な存在量が(<0.01%)から2.06%に増加した。一方、qPCR解析の結果、アンモニア酸化菌、ANAMMOX、脱窒菌の量が接種汚泥に比べて有意に増加した。このように、ADLSWにSNAD処理プロセスを適用することで、効率的かつ安定した窒素除去率が得られ、その後の処理コストを低減することができます。

To realize a simultaneous partial nitrification, ANAMMOX (anaerobic ammonium oxidation), and denitrification (SNAD) process treating anaerobic digester liquor of swine wastewater (ADLSW) in a continuous-flow biofilm reactor (CFBR), we first gradually increased the influent ammonium (NH-N) concentration, and then enhanced the ADLSW ratio in the influent during operation; dissolved oxygen (DO) was controlled at (0.4±0.1) mg·L by adjusting the air flow rate, and the temperature was kept at (30±1)℃. Meanwhile, high-throughput sequencing and quantitative PCR (polymerase chain reaction) techniques were used to analyze the bacterial community shifts and the amount of dominant nitrogen removal bacteria. The results demonstrated that a successful start-up of the SNAD process was accomplished in 150 d, and replacement of the actual biogas slurry was completed in 298 d. The effluent (NO-N+NO-N)/ΔNH-N value was less than 0.11, and the average removal rates of NH-N and TN (total nitrogen) increased to 63.26% and 55.71%, respectively. Moreover, high-throughput sequencing results demonstrated that the dominant microbial populations at phylum level were Chloroflexi (with a relative abundance of 50.78%), Proteobacteria (13.34%), and Planctomycetes (9.26%). The relative abundance of increased from 1.55% to 1.98%. In addition, the relative abundance of and increased from 0.01% and (<0.01%) to 4.66% and 4.18%, respectively, and the relative abundance of increased from (<0.01%) to 2.06%. Meanwhile, qPCR analysis showed that the amounts of ammonia-oxidizing bacteria, ANAMMOX, and denitrifying bacteria increased significantly compared with the inoculated sludge. An efficient and stable nitrogen removal rate can be achieved, and the follow-up processing cost can be reduced, by application of the SNAD treatment process for ADLSW.