低碳模式下生物铁污泥驱动的氨氧化耦合硝酸盐还原：效能与机制解析

本研究发现基于生物铁污泥构建的AOCNR系统在低碳（C/N=0.5）条件下可实现高效脱氮，总氮去除量达38.24 mg/L，NH4+-N氧化量为18.65 mg/L，NO3--N还原率达87.9%。研究通过同位素示踪（15N）证实Feammox与NDFO的协同作用，并揭示功能菌属（如Thauera、Ferruginibacter）在铁循环驱动的氮转化中的核心机制，为低碳氮比废水处理提供新策略。

　　

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The operation of AOCNR

AOCNR反应器采用有机玻璃制成的圆柱形厌氧结构，有效容积为7.6 L（图1）。接种污泥来自实验室稳定运行超过两年的生物铁污泥，该污泥具有高微生物活性，富含Fe(II)（2.69 mg/L）和大量Fe(III)（139.45 mg/L）。基于微生物测序分析[10]，该系统蕴藏着丰富的微生物资源。

Performance of AOCNR

反应器运行初期42天内，NH₄⁺-N浓度不降反升，而NO₃^--N浓度显著下降，去除效率达98.99%。NO₂^--N始终低于检测限，出水总氮低于进水总氮。此阶段对应Fe(III)还原为Fe(II)的过程及pH上升（图2b），表明系统从好氧向厌氧过渡，伴随微生物细胞裂解现象。

Conclusion

本研究通过构建AOCNR系统实现了低碳模式下的高效脱氮。在低碳条件下，Feammox（铁氨氧化）、NDFO（硝酸盐依赖型亚铁氧化）与异养反硝化协同作用，促进NH₄⁺-N和NO₃^--N同步转化，NO₃^--N还原率达87.9%，NH₄⁺-N氧化量为18.65 mg/L，总氮去除量为38.24 mg/L。当NO₃^--N浓度高于NH₄⁺-N且差值较大时，NH₄⁺-N氧化能力增强。