香蕉皮水热炭化制备高效催化剂降解微污染物：工艺条件优化与机制解析

本文系统探讨了以餐厨垃圾发酵残渣（FRFW）作为外源碳源对强化农村污水处理（AAO-MBR系统）效能的影响机制。研究表明，非灭菌（NS）-FRFW与灭菌（S）-FRFW可分别将总氮（TN）去除率提升至对照组的7.1倍和6.1倍，总磷（TP）去除率提升至2.1倍和1.4倍。其通过群体感应（quorum sensing）激活电子传递链（coxA/coxB）与碳代谢通路，显著上调amoA、nosZ等功能基因表达，并促进NADH供给，为废弃物资源化与低碳污水处理提供理论依据。

　　

Highlight

Experimental set-up

实验装置

本实验采用的AAO-MBR由有机玻璃构建而成。主体尺寸为长14.0 cm、宽14.0 cm、高60.0 cm（图S1，详见补充材料）。需说明的是，本研究的电子补充材料可在论文在线版本中查阅。内部依次划分为三个功能区域：厌氧区、缺氧区和好氧MBR区。反应器配备四个膜组件（单个膜面积0.2 m2，PVDF材质，孔径0.1 μm）。通过蠕动泵控制进出水与回流，溶解氧（DO）与pH由在线监测仪实时调控。

Pollutant removal efficiency

污染物去除效能

不同FRFW投加方式对AAO-MBR中污染物去除的影响如图1所示。在进水波动条件下（COD：93.0–228.0 mg/L，NH₄⁺-N：20.7–71.9 mg/L，TN：20.7–71.9 mg/L，TP：0.4–2.9 mg/L），三个反应器均表现出稳定的有机物去除性能，平均COD去除率达83.5%–84.8%（图1a）。出水COD浓度持续符合中国一级A排放标准。其中，NS-FRFW反应器表现出更低的出水COD浓度，说明其有机物降解能力更强。

Conclusions

结论

FRFW通过将缺氧区混合液C/N比提高至10，显著富集了脱氮除磷功能微生物。这一过程上调了关键代谢基因（coxA/coxB、amoA、nosZ、ppk2、phnM等）的表达，增强电子传递与NADH/ATP供给，从而显著提升AAO-MBR的氮磷去除效率。具体而言，NS-FRFW（使TN和TP去除率分别提高至7.1倍和2.1倍）特异性激活了微生物间的协作机制与代谢网络，而S-FRFW则更多依赖系统内原有菌群进行碳源转化，其效率相对较低但运行更稳定。