The feasibility of a synergistic endogenous partial denitrification-phosphorus removal coupled anammox (SEPD-PR/A) system was investigated in a modified anaerobic baffled reactor (mABR) for synchronous carbon, nitrogen, and phosphorus removal. The mABR comprising four identical compartments (i.e., C1–C4) was inoculated with precultured denitrifying glycogen-accumulating organisms (DGAOs), denitrifying polyphosphate-accumulating organisms, and anammox bacteria. After 136 days of operation, the chemical oxygen demand (COD), total nitrogen, and phosphorus removal efficiencies reached 88.6 ± 1.0, 97.2 ± 1.5, and 89.1 ± 4.2%, respectively. Network-based analysis revealed that the biofilmed community demonstrated stable nutrient removal performance under oligotrophic conditions in C4. The metagenome-assembled genomes (MAGs) such as MAG106, MAG127, MAG52, and MAG37 annotated as denitrifying phosphorus-accumulating organisms (DPAOs) and MAG146 as a DGAO were dominated in C1 and C2 and contributed to 89.2% of COD consumption. MAG54 and MAG16 annotated as Candidatus_Brocadia (total relative abundance of 16.5% in C3 and 4.3% in C4) were responsible for 74.4% of the total nitrogen removal through the anammox-mediated pathway. Functional gene analysis based on metagenomic sequencing confirmed that different compartments of the mABR were capable of performing distinct functions with specific advantageous microbial groups, facilitating targeted nutrient removal. Additionally, under oligotrophic conditions, the activity of the anammox bacteria-related genes of hzs was higher compared to that of hdh. Thus, an innovative method for the treatment of low-strength municipal and nitrate-containing wastewaters without aeration was presented, mediated by an anammox process with less land area and excellent quality effluent.

This investigation focused on assessing the impact of exogenous electron shuttle-mediated anaerobic ammonia oxidation (anammox) process under varying anthraquinone-2,6-disulfonate (AQDS) concentrations (0, 0.1 mM, 0.5 mM, and 1 mM). It was observed that a 0.1 mM concentration of AQDS notably amplified the metabolic function of anammox bacteria, leading to a significant enhancement in specific anammox activity, which peaked at 1.9 mg N/ (g VSS h). Employing the 15N stable isotope tracing technique, it was discerned that 0.1 mM AQDS was the most efficacious concentration for optimizing the anammox rate. Fulvic acid, humic acid-like substances and tryptophan-like proteins in the soluble microbial products observed in 3D-EEM demonstrated a marked elevation in fluorescence intensity in reactors A2 (0.1 mM AQDS), A3 (0.5 mM AQDS), and A4 (1 mM AQDS) compared to the control group (A1). Metagenomic and transcriptomic analyses were meticulously performed to dissect the composition of microbial communities and the expression of functional genes in different AQDS-treated environments. A marked influence of AQDS (0.1 mM) was observed on the transcriptional activities of heme C-, NADH dehydrogenase- and ABC transporters-related genes (hdh, hzs, ccmF, fdoG and ETFDH), which were integral to nitrogen metabolism and electron transfer processes. Electron transfer mechanisms in the AQDS-mediated anammox process revealed that AQDS could act as an electron shuttle, bolstering the activity of essential genes (amt, nrt, rnf) and transporter proteins. Ultimately, this research elucidated the prospective potential role of AQDS in enhancing anammox nitrogen removal performance.

Swine wastewater application can introduce antibiotics, antibiotic resistance genes (ARGs) into environments. Herein, the full-scale transmission of antibiotics, ARGs and their potential carriers from an intensive swine feedlot to its surroundings were explored. Results showed that lincomycin and doxycycline hydrochloride were dominant antibiotics in this ecosystem. Lincomycin concentration were strongly associated with soil bacterial communities. According to the risk quotient (RQ), lincomycin was identified as posing higher ecological risk in aquatic environments. ARGs and mobile genetic elements (MGEs) abundance in wastewater were reduced after anaerobic treatment. Notably, ARGs composition of environmental samples were clustered into two groups based on if they were directly affected by the wastewater. However, there were no remarkable difference of ARGs abundance among environmental samples. The total abundance of ARGs was positively related to that of MGEs. Pathogens Escherichia coli and Enterococcus revealed strong connection with qnrS, tet and sul. Overall, this study highlights the importance of responsible antibiotics use in livestock production and appropriate treatment technology before agricultural application and discharge.