生物膜系统优越性揭示：提升颗粒污泥稳定性的新策略

本文系统比较反硝化颗粒污泥与生物膜系统在不同HRT、负荷和温度下的性能差异，发现生物膜因富集TCA循环（三羧酸循环）和反硝化基因（NAP/NOS）及关键菌属（Gemmatimonas/Acinetobacter），具有更高碳源利用效率（ΔCOD/ΔTN低至1.94）和低温适应性（10–15°C产热优势），为优化颗粒污泥稳定性提供新方向。

　　

Highlight

传统生物膜系统展现出比颗粒污泥系统更优越的反硝化活性和碳源利用效率，尤其在不利条件下。生物膜受碳源波动影响较小，并在低温环境下产生更多热量，使其对低温环境具有更强抵抗力。生物膜系统保持更高水平的关键反硝化基因（NAP、NOS）和TCA循环基因（kor、suc、sdh、fum等）表达，以及富集更多参与反硝化和TCA循环的微生物属（如Gemmatimonas和Acinetobacter）。这些特性为电子供体和ATP（三磷酸腺苷）的产生提供了更多支持，从而增强了系统对环境变化的抵抗能力。

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Experimental set-up

本研究采用两个相同的上流式厌氧污泥床（UASB）反应器（图1），由有机玻璃制成。反应柱内径为60毫米，总高度为775毫米，有效反应体积分别为4.24升。反应器分为反应区、沉淀区和三相分离区。进水设置在反应器底部，进水和回流均通过蠕动泵从底部流入。

Development and stabilization of denitrifying granular sludge and biofilm systems

反硝化颗粒污泥的培养形成过程包括两个阶段：形成期（第1-90天）和稳定期（第91-260天）（表S1）。初始阶段（第1天），污泥呈浅黑色，不规则、松散、絮状，聚集性差（图2a）。到第90天，污泥颜色从浅色转变为深棕色，聚集性改善，并出现颗粒污泥（图2a）。在早期阶段，混合液悬浮固体（MLSS）浓度从5000毫克/升降至约...

The gap between biofilm systems and granular sludge ones

本研究表明，与反硝化颗粒污泥系统相比，反硝化生物膜系统表现出更优越的反硝化活性和碳源利用效率，同时更不易受碳源变化的影响。尽管生物膜和颗粒污泥在基质结构和微生物种群上存在差异，从内到外形成梯度[30]。先前的研究表明，生物膜具有更好的传质性能，这归因于...

Conclusions

总之，传统生物膜系统表现出比颗粒污泥系统更优越的反硝化活性和碳源利用效率，尤其是在不利条件下。生物膜受碳源变化影响较小，并在低温下产生更多热量，使其更不易受低温环境影响。生物膜系统保持更高表达水平的关键反硝化基因（NAP、NOS）和TCA循环基因（kor、suc、sdh、fum等），以及...