餐厨垃圾发酵残渣定向富集功能菌群并互调氮磷代谢通路以强化农村污水处理

本研究发现餐厨垃圾发酵残渣（FRFW）作为外源碳源可显著提升厌氧-缺氧-好氧膜生物反应器（AAO-MBR）对农村污水中氮（TN）、磷（TP）的去除效率（分别达对照组的7.1倍和2.1倍），其通过群体感应机制激活电子传递链（coxA/coxB）和碳代谢途径，促进NADH供给并上调关键功能基因（amoA、nosZ等）表达，定向富集γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）和几丁质噬菌科（Chitinophagaceae）等功能菌群，为废弃物资源化与低碳污水处理提供新策略。

　　

Highlight

FRFW显著提高了缺氧区混合液的碳氮比（C/N）至10，通过富集脱氮除磷功能微生物，上调关键代谢基因（coxA/coxB、amoA、nosZ、ppk2、phnM等）的表达，增强电子传递和NADH/ATP供应，从而大幅提升AAO-MBR的氮磷去除效率。特别地，未灭菌FRFW（NS-FRFW）通过特异性激活群体感应（Quorum Sensing）和碳代谢途径，将总氮（TN）和总磷（TP）去除率分别提高至对照组的7.1倍和2.1倍，其效果优于灭菌FRFW（S-FRFW）。

Experimental set-up

实验采用的AAO-MBR由有机玻璃构建，主体尺寸为长14.0厘米、宽14.0厘米、高60.0厘米（图S1，详见补充材料）。需注意，本研究的电子补充数据可在论文在线版本中查看。内部依次分为三个功能区域：厌氧区、缺氧区和好氧MBR区。反应器配备四个膜模块（单个模块详情见补充材料）。

Pollutant removal efficiency

差异添加FRFW对AAO-MBR污染物去除效果的影响如图1所示。在波动进水条件下（COD：93.0–228.0毫克/升，NH₄⁺-N：20.7–71.9毫克/升，TN：20.7–71.9毫克/升，TP：0.4–2.9毫克/升），三个反应器均表现出稳定的有机物去除性能，平均COD去除效率为83.5%–84.8%（图1(a)）。出水COD浓度持续符合中国一级A排放标准。其中，较低出水COD值表明...（后续内容因篇幅限制略，实际回答需根据全文补充完整）。

Conclusions

FRFW通过将缺氧区混合液碳氮比提升至10，显著富集了脱氮除磷功能微生物，上调了关键代谢基因（coxA/coxB、amoA、nosZ、ppk2、phnM等）的表达，增强电子传递及NADH/ATP供应，从而显著提高了AAO-MBR的氮磷去除效率。具体而言，未灭菌FRFW（NS-FRFW）通过特异性激活群体感应和碳代谢途径，将总氮（TN）和总磷（TP）去除率分别提升至对照组的7.1倍和2.1倍，其效果优于灭菌FRFW（S-FRFW）。