20世纪90年代，厌氧氨氧化（Anammox）技术被开发出来，它能够在严格厌氧环境下，将NH4+-N和NO2--N转化为氮气和NO3--N，与其他生物脱氮技术一起构成了全球氮循环的关键环节。相较于传统的硝化-反硝化过程，厌氧氨氧化以其突出的经济效益和环境效益，被视为最具成本效益的脱氮解决方案。

尽管厌氧氨氧化工艺已在城市污水处理厂的侧流处理中得到有效验证，但科研人员仍在积极探索其在低浓度主流污水处理中的应用潜力。然而，主流厌氧氨氧化工艺在实际操作中遭遇的挑战比侧流更为严峻，其首要问题在于城市污水中的氨氮浓度普遍偏低，通常在20~60mg/L之间。底物的不足会抑制氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（AnAOB）的活性，同时，游离氨（FA）和游离亚硝酸（FNA）浓度的降低使得亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性更难以被抑制，进而导致出水中的硝态氮浓度超标。科研人员正致力于突破这些限制，以提升厌氧氨氧化工艺在主流污水处理中的适应能力。近期的多项研究揭示，采用多种生物量保留策略（如颗粒化、载体生物膜、凝胶包埋和膜技术）可以显著提高厌氧氨氧化菌对主流环境的适应能力。此外，具有高比厌氧氨氧化活性（SAA）的AnAOB展现出对多种极端环境条件（如低NH4+-N浓度、温度波动、C/N变化）的卓越适应力，因而通过生物保留策略保留高SAA的AnAOB是实现主流厌氧氨氧化工艺应用的关键。

为了利用生物膜保留策略来提升主流厌氧氨氧化活性，分别采用聚氨酯和生物炭作为载体进行对比试验。其中，聚氨酯由于其价廉及容易挂膜的特点被广泛应用；生物炭则作为一种富碳生物材料，因其原料来源广泛、可以再生且成本低廉而受到学术界和工程领域的广泛关注。分别构建了以聚氨酯和生物炭为载体的两个厌氧氨氧化固定膜活性污泥反应器（IFAS），通过测定微生物活性，并结合高通量测序和同位素示踪法等手段，对活性污泥和生物膜上的功能微生物进行了分析，以期为投加有机物条件下主流厌氧氨氧化工艺的有效强化提供参考。

1、材料与方法

1.1 试验装置及流程

试验装置如图1所示，采用集成固定膜活性污泥-上流式厌氧污泥床反应器（IFAS-UASB），其有效容积为3.1L。进水桶中的模拟污水通过氮气瓶曝气至厌氧状态（DO<0.1mg/L）后密封，随后通过蠕动泵实现连续进水，同时循环泵以1500%流量比循环反应器内部水流，为反应器提供混合动力。反应器外层包裹黑色塑料膜以实现避光，同时其结构包含1cm厚的水浴夹层。夹层内的热水通过潜水泵从底部进水口泵入，随后从上端出水口溢流至热水桶中循环加热。热水桶通过电热棒维持水温在35℃，确保反应器内水温稳定在（33±1）℃。试验设置了两组平行反应器，分别填充聚氨酯海绵（R1反应器）和核桃壳生物炭（R2反应器），填料以悬挂方式固定于反应器内，填充体积占比为20%。

1.2 接种污泥及试验配水

接种污泥来源于武汉市某污水处理厂的二沉池污泥（MLSS为3500mg/L）以及某环保公司提供的成熟厌氧氨氧化菌（呈红色，颗粒化良好），两者按10∶1的体积比混合后用于系统启动。

试验采用人工配制的模拟污水，其NH4+-N为50mg/L，NO2--N为60mg/L，KH2PO4为30mg/L，CaCl2·2H2O为150mg/L，MgSO4·7H2O为300mg/L，KHCO3为1250mg/L，CH3COONa为25.65mg/L（COD=20mg/L），FeSO4为6.25mg/L，EDTA为6.25mg/L。每升配水中添加1mL微量元素溶液，其组成如下：H3BO4为14mg/L，NiCl2·6H2O为190mg/L，MnCl2·4H2O为990mg/L，Na2SeO4·10H2O为210mg/L，CuSO4·5H2O为250mg/L，Na2MoO4·2H2O为220mg/L，ZnSO4·7H2O为430mg/L，Na2WO4·2H2O为50mg/L。所有试验组的微量元素种类和浓度均保持一致。为启动厌氧氨氧化反应器，试验开始前在不投加CH3COONa的情况下进行了两个月的厌氧污泥驯化。驯化成功后，在配水中添加CH3COONa以研究有机物浓度对反应器脱氮性能的影响。

1.3 常规指标分析方法

NH4+-N：纳氏试剂分光光度法，NO3--N：紫外分光光度法，NO2--N：N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法，COD：重铬酸钾回流滴定法，MLSS：重量法，MLVSS：高温灼烧法。

1.4 胞外聚合物的提取与测定

通过热提取技术对污泥中的胞外聚合物（EPS）进行分级提取，分别测定溶解性EPS（S-EPS）、松散结合型EPS（LB-EPS）以及紧密结合型EPS（TBEPS）含量。针对提取的各EPS组分，采用Folin-酚试剂法测定蛋白质（PN）含量，采用蒽酮-硫酸比色法测定多糖（PS）含量，并将两者之和作为EPS总量。通过与MLVSS浓度进行对比，可计算出厌氧氨氧化污泥中EPS的单位质量浓度。

采用三维荧光光谱技术（3D-EEM）对EPS组分进行表征。使用英国爱丁堡公司生产的FS5型荧光分光光度计对EPS提取物进行检测，其中激发与发射波长间隔均为5nm，扫描速度为12000nm/min，激发和发射狭缝宽度均为5nm。通过Origin2018软件对采集的原始数据进行处理，绘制等高线图以呈现EEM光谱特征。

1.5 污泥的扫描电镜图像采集

在试验最终阶段，从反应器采集活性污泥及生物膜样品，经戊二醛固定液固定及乙醇逐级脱水后置于通风橱中自然风干，以备后续分析。完成上述预处理步骤后，利用扫描电子显微镜（SEM）对污泥的微观形貌进行观察。

1.6 微生物高通量测序

采用高通量测序技术对污泥及生物膜样品中的细菌群落结构进行深入分析。试验前期和末期采集的样本均委托上海美吉生物医药科技有限公司基于IlluminaMiSeq平台进行测序，选择通用PCR引物338F和806R对V3-V4区域进行扩增。所有测序数据的采集与后续分析均严格遵循标准流程，并在美吉云平台上完成。

1.7 微生物酶活分析

为了研究投加有机物对IFAS中微生物活性的影响，在反应器运行的不同阶段对微生物酶活性及电子传递系数进行了监测，取样时间点与EPS取样保持一致。

采用商品化酶活性检测试剂盒（氨单加氧酶AMO、一氧化氮合酶NOS、联氨氧化酶HZO）测定样本酶活：取10μL样品与40μL稀释液加入酶标板，37℃孵育60min后洗涤；依次加入底物H2O2/四甲基联苯胺（TMB）避光显色15min，终止反应后于450nm下测定吸光度值（OD）。

电子传递系统（ETS）活性通过碘硝基四唑氯化物（INT）活性测试法进行分光光度测定，而脱氢酶（DHA）活性则采用2，3，5-氯化三苯基四氮唑（TTC）脱氢酶活性测试法进行测定。

1.8 15N稳定同位素示踪

采用15N同位素示踪技术探究厌氧氨氧化系统脱氮途径。取反应器混合液，接种污泥并预培养24h（35℃，200r/min）以去除残留氧及NOx-。设置两组试验：①添加15NH4+监测NOx-消耗；②添加14NH4+和15NO2-区分反硝化与厌氧氨氧化贡献。反应8h后以ZnCl2终止反应，利用同位素质谱仪测定29N2和30N2生成量，每组设三个平行。

2、结果与讨论

2.1 有机物对脱氮性能的影响

在进水NH4+-N和NO2--N浓度分别为50mg/L和60mg/L的条件下，反应器脱氮性能随时间的变化见图2。试验持续了63d，其中R1反应器表现出稳定的运行状态，而R2反应器的TN去除率在第38天出现了显著降低，这可能与微生物群落结构的动态变化有关。为提高R2反应器的污染物去除效率，采取了两种策略：首先，在第38~43天停止向R2反应器中投加有机物，但脱氮效率并未立即回升，这与先前研究中关于在厌氧氨氧化系统中有机物抑制可逆的结论不符。随后，在第44~51天将进水氮浓度提高了一倍，同时提高水力停留时间（HRT）以保证氮负荷基本不变，在TN去除率恢复至试验前期约80%后，降低进水氮浓度至初始值。

在试验过程中，R1反应器表现出优异的脱氮性能，NH4+-N和NO2--N平均去除率分别为90.70%和91.07%，TN去除率提升至69.88%。这表明，投加20mg/L的有机物显著增强了R1反应器的脱氮效能。R1反应器在整个有机物投加阶段均未出现去除率下降的现象，这可能得益于其聚氨酯填料表面形成的致密生物膜为功能微生物提供了生存空间。

在R2反应器受损前（第1~34天）其脱氮性能良好，NH4+-N和NO2--N的平均去除率分别达到82.94%和87.03%，TN去除率提升至67.61%。然而，在受损期间（第35~37天），R2反应器的脱氮性能明显下降，TN去除率降至55.16%。在停止投加有机物阶段，R2反应器的脱氮性能并未恢复，损伤呈现不可逆性，同时反应器内的微生物群落结构倾向不稳定。但是在将R2反应器的进水氮浓度提高了1倍后，TN去除率提高至64.09%，经过短暂恢复后最终稳定在61.80%。

在整个试验过程中，R2反应器表现出明显的厌氧氨氧化被有机物抑制的现象，其抑制阈值显著低于文献报道的水平。前期研究表明，生物炭投量大于10g/L时对厌氧氨氧化以及反硝化都有明显的促进作用。R2反应器的生物炭填料投加量达到了22.5g/L，这可能导致反硝化菌的持续增殖，使其竞争优势超过厌氧氨氧化菌，进而成为R2反应器性能下降的重要原因之一。

在第63天，通过对两个反应器内活性污泥进行15N同位素分析，评估了厌氧氨氧化活性及其对脱氮的贡献率。29N2为厌氧氨氧化途径生成，30N2为反硝化途径生成。R1反应器污泥样品的29N2和30N2峰面积浓度分别为0.2732和0.0141mAU/min，R2反应器中污泥样品分别为0.1597和0.0055mAU/min。由于此时R1反应器仍投加有机物供反硝化菌作为电子供体，其反硝化活性也明显高于R2反应器。具体而言，R1反应器中厌氧氨氧化对脱氮的贡献率为95.1%，而反硝化仅占4.9%。相比之下，R2反应器中厌氧氨氧化的贡献率为96.7%，反硝化的贡献率为3.3%。尽管R2反应器中厌氧氨氧化占优势，但整体来看其脱氮性能仍不如R1。值得注意的是，即使在未投加有机物的情况下，反硝化反应仍占据了一定比例，这表明在自养反应器中存在利用死亡细菌的异养反硝化过程。

2.2 污泥与生物膜形貌

试验结束时活性污泥与生物膜的扫描电镜结果如图3所示。R1反应器的活性污泥主要由杆菌、球状菌和黏性物质构成。活性污泥中原有的厌氧氨氧化球菌聚集体表面附着了一定数量的不规则球菌和杆菌，在有机物存在的条件下，异养菌群发生了增殖，并且更倾向于在污泥外层靠近有机物的生态位中生长。R2反应器活性污泥主要由球状菌和黏性物质组成。活性污泥中原有的球菌聚集体表面附着了大量不规则球菌，其数量明显多于R1反应器。扫描电镜观察显示，不规则的小聚集体菌群几乎完全覆盖了原有的球菌聚集体表面，异养微生物占据了更多的生态位，这一现象与R2反应器的脱氮效率下降相一致。同时，通过高倍数扫描电镜图像发现，R1反应器生物膜上的污泥絮体比其他样本更大，形成了更大的集合体，这使得R1反应器在污泥结构方面更加稳定。

2.3 胞外聚合物

为了解投加有机物后反应器内污泥的变化趋势，按照试验前期（阶段1）、中期（阶段2）和后期（阶段3）三个时间点进行取样，即取样时间分别为试验第1天、第28天以及第60天（R2反应器脱氮效率恢复至试验前期约80%的时间点），对活性污泥的EPS含量进行了测定，结果如图4所示。

在试验前期，R1反应器的活性污泥和生物膜EPS含量分别为672.73和276.08mg/g，R2反应器为123.74和241.47mg/g。R1反应器中活性污泥EPS含量较高，可能缘于接种生物膜脱落而导致的有机物释放。R2反应器中多糖组分含量较少，这可能是因为其生物膜和活性污泥絮体处于初期形成阶段，微生物间尚未通过EPS建立稳定的联系。此外，生物炭提供的微量元素和无机碳减轻了R2反应器微生物系统的压力，导致EPS含量较低。在IFAS中，PN/PS值可用于评估厌氧氨氧化污泥的稳定性和强度。R1反应器中活性污泥和生物膜的PN/PS值分别为0.62和1.57，而R2反应器对应值为2.53和1.96，生物膜和R2反应器活性污泥的PN/PS较高，表明这些生态位的结构较为稳定。

在试验中期，R1反应器中活性污泥和生物膜的EPS含量分别为363.82和556.15mg/g，R2反应器的为233.16和631.97mg/g。R1反应器中活性污泥EPS含量减少的原因可能是异养微生物利用EPS作为碳源。R2反应器中活性污泥EPS含量大幅增加，主要缘于多糖含量的显著增长，这与投加有机物引起的菌群结构变化有关。在厌氧氨氧化体系中，往往存在较高的TB-EPS含量和PN/PS值，即较高的TB-PN值，而该值又可作为厌氧氨氧化菌群变化的一个重要指标。该阶段R2反应器的TB-PN含量与试验前期不相上下，表明原有厌氧氨氧化菌群仍占一定比例。R1反应器中活性污泥和生物膜的PN/PS分别为2.09、1.45，R2反应器的为0.60和0.70。R1反应器的PN/PS较高，表明在投加有机物后结构稳定，活性污泥PN/PS显著增加可能与异养反硝化菌的黏附性有关。而R2反应器中活性污泥和生物膜的PN/PS显著下降，这是因为生物炭增强了反硝化菌活性，异养反硝化菌开始抢占厌氧氨氧化菌的生态位，导致原有结构被破坏。

在试验后期，R1反应器中活性污泥和生物膜的EPS含量分别为270.82和648.94mg/g，R2反应器的对应值为271.94和398.75mg/g。R1反应器中生物膜EPS含量持续上升，而活性污泥EPS含量持续下降，表明活性污泥中微生物数量因投加有机物而增加，生物膜中TB-PN占比下降则代表原有厌氧氨氧化菌群比例减少。R2反应器中多糖含量显著减少，表明在恢复自养环境后，异养反硝化菌数量减少，而后单一厌氧氨氧化反应器中多糖含量通常较低。R1反应器中活性污泥和生物膜的PN/PS分别为1.58、0.81，R2反应器为1.24、0.81。R1反应器中活性污泥和生物膜的PN/PS下降，异养微生物的加入减弱了单一厌氧氨氧化菌群的结构稳定性。R2反应器的PN/PS在停止投加有机物后有所上升，但未达到试验前期的水平，这表明厌氧氨氧化群落结构具备一定的恢复能力。

2.4 胞外聚合物组分的荧光特性

在第60天，对R1、R2反应器活性污泥和生物膜样品（依次记作S1、S2、S3、S4）进行荧光光谱分析。荧光强度与EPS的结构密切相关，能够间接反映EPS中活性官能团及其组分的特性。结果显示，EPS中共检测到4种荧光组分，即：溶解性的类酪氨酸物质C1（λEm/λEx=310/275nm）、难分解的类酪氨酸蛋白类物质C2（λEm/λEx=310/225nm）、溶解性的类色氨酸物质C3（λEm/λEx=340/275nm）、难分解的类色氨酸蛋白类物质C4（λEm/λEx=340/225nm）。

色氨酸和酪氨酸是EPS中的重要氨基酸组分。色氨酸的疏水性使得其在细胞黏附过程中起着关键作用，色氨酸蛋白对污泥颗粒化和生物膜结构的稳定性具有重要贡献。色氨酸主要存在于TB-EPS中，这与厌氧氨氧化系统中TB-EPS占比较高的特性相符。S1~S4的MLSS浓度分别为791.4、240、1048.5和482.8mg/L，4个样品的色氨酸荧光强度与污泥浓度呈正相关。酪氨酸在细胞肉芽的形成中发挥重要作用，并且已被证实可作为电子介质促进厌氧氨氧化系统的内源反硝化过程。酪氨酸能够加速酶中的电子转移，主要依靠其高度参与微生物的电子传递过程，并可作为硝酸盐还原过程中的电子供体被系统利用。两组系统活性污泥中酪氨酸的荧光强度均大于生物膜，或许表明内源反硝化主要发生在活性污泥中。

2.5 有机物对微生物酶活的影响

微生物酶活及相关指标变化如图5所示。在试验前期，R2反应器的生物膜样品表现出最高的INT-ETS活性，其次是R1反应器的活性污泥。INTETS活性反映了微生物呼吸链上的电子传递效率，其本质是通过测定微生物的呼吸活性来间接评估活性污泥的生物活性。在试验中期，由于有机物的投加以及异养微生物呼吸活性显著高于自养微生物，两组反应器的泥膜样品INT-ETS活性均有所上升。在试验后期，R1反应器由于持续投加有机物，异养反硝化菌与厌氧氨氧化菌的协同作用进一步加深，两者共同增殖并占据适宜的生态位，从而更有效地利用基质。相比之下，R2反应器在停止投加有机物后，INT-ETS活性未呈现增长趋势。

DHA酶活在厌氧氨氧化污泥样品中代表了微生物的代谢活性和生物降解能力。由图5（b）可知，在试验前期，污泥样品的DHA酶活普遍较低。这主要是由于自养型环境中有机物来源有限，主要依赖于EPS和死亡细胞。在试验中期，随着有机物的投加，两组样品的DHA酶活均有所增长。这表明在有机物存在的条件下，污泥的有机物降解活性显著提升。在试验后期，R2反应器在停止投加有机物后，DHA酶活性变化不大。

由图5（c）可知，在试验中期，两组反应器泥膜样品的AMO酶活均有所增长，即提高C/N能够提升厌氧氨氧化反应器的AMO酶活。在试验后期，当R2反应器停止投加有机物后，AMO酶活性变化不大。试验中期和后期的硝化活性较试验前期均提升较多，这是因为添加少量有机物可以改善微生物生存环境，提高自养硝化菌的活性，即使去除外源有机物，硝化菌群已通过协同作用形成稳定的功能结构，维持较高的硝化活性。

由图5（d）可知，在试验前期，R1和R2反应器的NOS酶活均较低。在试验中期，R1和R2反应器的NOS酶活均显著增长，其中R2反应器生物膜的NOS酶活最高，这与生物炭增强反硝化活性的研究结果一致。在试验后期，R1反应器的NOS酶活有所下降，但仍显著高于试验前期的水平，经过更长时间的适应，厌氧氨氧化菌的竞争力逐渐恢复，导致NOS酶活未能维持在高水平。而R2反应器的NOS酶活下降更为明显，甚至低于试验前期的水平。说明停止投加有机物后，反硝化菌活性明显减弱。

由图5（e）可知，在试验前期，R2反应器生物膜和R1反应器活性污泥的HZO酶活最高。在试验中期投加有机物后，HZO酶活变化不大。在试验后期，R1反应器经过一段时间的适应后，HZO酶活较高，厌氧氨氧化菌群竞争力加强；R2反应器的酶活则保持相对稳定。

由图5（f）可知，两组反应器泥膜样品的血红素浓度与HZO酶活趋势基本一致。血红素是一个非常重要的辅助因子，参与厌氧氨氧化菌的主要代谢反应，具有催化和电子转移电位的能力，可以作为评价厌氧氨氧化性能的指标，通过血红素指标可以同时确定，在低有机物投加量下厌氧氨氧化的活性仍可以保持。

2.6 微生物群落结构的变化

在试验前期（R1活性污泥D1、R1生物膜D2、R2活性污泥D3、R2生物膜D4）和结束阶段（R1活性污泥E1、R1生物膜E2、R2活性污泥E3、R2生物膜E4）分析了污泥和生物膜样品中微生物群落的Alpha多样性指数，8个样品的覆盖度均大于0.99，表明检测结果具有绝对的可靠性。其中，Chao指数和ACE指数值越大说明物种数越多；Shannon指数表示生物群落的复杂程度，其值越大说明群落复杂程度越高。在试验前期（D组），D1样品的Shannon多样性（5.00）最低，D4多样性（5.48）最丰富，这可能与生物炭丰富的微环境有关。在加入有机物两个月后的样品（E组）中，E1、E2和E3的Chao指数和ACE指数都增加，E1、E2和E3的ACE指数分别由D1、D2和D3的1396、1281和1363上升为1501、1358和1475，Chao指数由1396、1256和1329上升为1485、1358和1462，表明种群数量都增加，同时代表多样性的Shannon指数也在同步增加，由5.003、5.290和5.134上升为5.749、5.412和5.544。这表明在投加有机物后，异养微生物增殖的同时原有的自养微生物也完好留存；而仅E4样本的三种指数变化相反，ACE、Chao和Shannon指数分别由1471、1423和5.481下降为1304、1249和4.823，加入有机物后R2反应器生物膜由于生物炭对反硝化菌的强化作用，反硝化菌获得了较多的生长空间，使得菌群物种数量下降。

两阶段门水平的微生物群落组成如图6所示。在试验前期，活性污泥和生物膜中的优势菌门为Proteobacteria（变形菌门）、Chloroflexi（绿弯菌门）、Patescibacteria（髌骨菌门）、Bacteroidota（拟杆菌门）和Firmicutes（厚壁菌门）；在试验结束阶段，活性污泥和生物膜中的优势菌门为Proteobacteria、Chloroflexi、Bacteroidota、Patescibacteria、Planctomycetota（浮霉菌门）。两个阶段的优势菌门类似，厌氧氨氧化菌作为Planctomycetota中的一类厌氧革兰氏阴性细菌，在R1反应器活性污泥和生物膜中的丰度较低。Proteobacteria和Bacteroidota在污水生物脱氮中起着关键作用，Proteobacteria大多数为兼性厌氧菌，它们可以在低溶解氧条件下进行代谢和生长，有利于营造厌氧环境；Bacteroidota可以降解大分子碳水化合物，多为专性厌氧菌群，有助于降低系统中有机物的量。Chloroflexi多为丝状菌，具有极其多样的营养方式，易与其他微生物形成聚合体，并且广泛存在于Anammox系统中，可以为Anammox颗粒的形成提供骨架支持。Patescibacteria相关菌属可以利用Candidatus_Brocadia产生的聚乙酰氨基葡萄糖中的一部分作为能量来源维持自身代谢。而D组中的Firmicutes数量大幅减少，该菌在反硝化菌群中发挥重要作用，投加有机物后失去了竞争力。

试验前期（D组）和试验结束（E组）属水平微生物群落组成如图7所示。两个反应器活性污泥和生物膜中的厌氧氨氧化菌以Candidatus_Brocadia和Candidatus_Jettenia为主，由于Candidatus_Brocadia比Candidatus_Jettenia更适应低浓度环境，故在试验低浓度的环境下丰度更高；Candidatus_Jettenia则常常在市政污水处理厂中出现，该菌的增殖可能与接种市政污水厂的二沉池污泥相关。在试验前期Candidatus_Jettenia与Candidatus_Brocadia的相对丰度差别不大，在试验中期投加有机物后，R1和R2反应器活性污泥和生物膜4个样品中Candidatus_Brocadia的相对丰度分别为4.00%、1.01%、1.26%和16.43%，Candidatus_Jettenia的相对丰度分别为0.98%、1.43%、1.34%、6.76%，Candidatus_Brocadia的相对丰度在两个反应器中都大幅上升。在投加有机物后，厌氧氨氧化菌总体相对丰度的增长也证实了低浓度有机物对厌氧氨氧化菌的增殖有一定的促进作用。

在其他菌属方面，Denitratisoma作为一种可以利用死亡细菌的异养反硝化菌，在R2反应器中的相对丰度增加更明显。在试验结束时，另一种典型异养反硝化菌Thauera获得了较高的丰度，该菌被发现常常出现在异养微生物反应器中并发挥短程反硝化作用，4个样品中的相对丰度分别为1.08%、1.80%、0.86%和3.11%。更高的反硝化菌丰度反映了R2反应器中脱氮效果变差与反硝化菌增殖使得厌氧氨氧化菌失去竞争力相关。Exiguobacterium属于兼性厌氧菌，具有一定分解有机物和好氧硝化的能力，可以在一些极端环境中生存，在投加有机物后失去了竞争力。OLB17是一种电化学活性微生物，同时具有反硝化的能力，在反应器投加有机物前后其丰度变化不大，在反应器中利用AnAOB产生的NO3--N进行反硝化反应。norank_f__norank_o__SBR1031丰度增加较多，它的主要作用是清理细胞分泌或裂解产生的有机物，是一种特殊的保护菌群。在投加有机物后，一些试验前期丰度较低的微生物开始繁殖，norank_f__norank_o__SJA-15作为一种典型的丝状菌，在E组的相对丰度较高，其作为异养细菌可以降解有机物。norank_f__SC-I-84属于β-变形菌群，在丰度增加时，其贡献出较高的氨同化效率。总之，在R2反应器中尤其是生物膜上孕育了反硝化菌的生长繁殖，又结合15N同位素分析发现的反硝化脱氮贡献率仅为3.3%，可以证明R2反应器仅为反硝化菌提供了生长环境，却并未发挥明显的脱氮作用。

3、结论

①两个反应器在投加有机物的过程中出现了不同响应：R1反应器的总氮去除率稳定在69.88%，R2反应器的总氮去除率在第1~34天为67.61%，而第35~37天下降为55.16%，并且在不投加有机物后不可恢复。15N同位素测试结果表明R1反应器的厌氧氨氧化活性远高于R2反应器。在试验前期，R1和R2反应器活性污泥中的反硝化菌以不规则球菌黏附在厌氧氨氧化菌表面，且R2中反硝化菌的过度增殖显著取代了原有菌群，使得脱氮效率下降。

②投加有机物后，2个反应器内的EPS含量整体增加，活性污泥和生物膜中EPS组分相同，主要为酪氨酸和色氨酸。色氨酸的疏水性对细胞的黏附至关重要，酪氨酸则在细胞肉芽的形成中起重要作用。

③低浓度有机物的投加导致反应器中微生物群落发生显著的演替和分化，Candidatus_Brocadia和Candidatus_Jettenia是反应器中主要的厌氧氨氧化菌属。投加有机物后，R2反应器中经典反硝化菌如Denitratisoma和Thauera相对丰度更高，与生物炭的刺激相关。