微米沸石粉载体与水力旋流分离器协同强化市政污水脱氮除磷：微生物分布与关联分析

针对传统活性污泥(AS)系统脱氮除磷效率低的问题，研究人员创新性地结合微米沸石粉载体(MZPC)与水力旋流分离器，开发了新型污水处理工艺。在厌氧/间歇曝气条件下，总氮(TN)和总磷(TP)去除率分别达85.2±1.9%和78.9±3.4%，显著优于AS系统。该研究通过功能微生物差异化分布和基因表达调控机制解析，为市政污水处理工艺升级提供了新思路。

　　

随着城市化进程加速，市政污水处理厂面临日益严峻的脱氮除磷压力。传统活性污泥(AS)工艺虽广泛应用，但存在功能微生物富集困难、污泥沉降性能差等瓶颈。尤其在我国低碳氮比污水特征下，总氮(TN)和总磷(TP)同步去除效率难以满足日益严格的排放标准。生物膜技术虽能通过载体材料提升处理效能，但传统厘米级聚乙烯载体存在比表面积有限、流化能耗高等缺陷，且生物膜形成周期长达数月。如何通过载体材料创新实现功能微生物快速富集，成为污水处理领域亟待突破的科学问题。

针对这一挑战，上海某高校研究团队在《Bioresource Technology》发表研究成果，创新性地将微米级天然沸石粉(平均粒径91.0±5.3μm，BET比表面积12.8m²/g)与水力旋流分离器结合，构建了新型同步脱氮除磷系统。关键技术包括：1）采用序批式反应器(SBR)对比AS与MZPC系统性能；2）利用水力旋流分离实现载体-污泥差异化分离；3）通过高通量测序解析微生物群落结构；4）结合功能基因分析阐明代谢通路调控机制。

Reactor design and operation
研究设计了两组2.0L的SBR反应器，实验组引入沸石粉载体与水力旋流分离装置。载体特性测试显示，沸石粉的高孔隙结构为微生物提供了理想附着位点，其阳离子交换能力可富集NH₄⁺-N形成局部高氨环境。

Long-term nutrient removal performance
长期运行数据显示，MZPC系统TN和TP去除率分别达85.2±1.9%和78.9±3.4%，较AS系统提升23.6%和34.2%。特别值得注意的是，系统对低浓度NH₄⁺-N(＜15mg/L)仍保持92.1%去除率，证实沸石的氨吸附-生物再生协同作用。

Conclusions
研究揭示沸石粉载体通过三重机制提升处理效能：①高比表面积(125.3±5.3μm污泥粒径)促进生物膜形成；②水力旋流分离实现反硝化菌(如norank_Comamonadaceae占4.34%)在生物膜富集，硝化菌和聚磷菌(PAOs)在絮体污泥优势分布；③功能基因(nirK、nosZ等)表达上调增强脱氮代谢通路。微生物网络分析显示，MZPC系统微生物互作连接数增加1.8倍，群落稳定性显著提高。

该研究为市政污水处理厂升级改造提供了创新性解决方案：微米级载体突破传统生物膜技术瓶颈，水力旋流分离实现载体高效回用，两者协同作用使系统在保持AS工艺运行简便性的同时，获得类似移动床生物膜反应器(MBBR)的高效性能。特别是针对我国普遍存在的低碳氮比污水，该工艺通过沸石的氨富集效应，有效缓解了碳源不足对脱氮的限制，具有重要的工程应用价值。研究结果对实现污水处理"碳中和"目标具有积极意义，为新型生物膜载体材料设计提供了理论依据。