编辑推荐：
为解决农村分散式生活污水治理难题，研究人员开展了砾石床耦合木屑在不同水力负荷率（HLR）下处理污水的研究。结果显示，R2（HLR=0.3 m3/(m2?d)）总氮去除效率达 80.09% 。该研究为农村污水处理提供了可持续方案。
随着经济的发展，水体富营养化问题日益严重，其中农村分散式生活污水的排放成为重要污染源。在发展中及欠发达地区，由于污水收集率低、预算有限和水资源条件限制，难以建设集中式污水处理设施。据统计，中国农村每天产生大量污水，但污水处理率仅约 31%。以往多数研究未充分考虑农村污水处理设施的经济可行性，且多使用人工合成废水，对实际污水的处理研究较少。在此背景下，为寻找可持续的农村污水处理方案，研究人员开展了相关研究。
国内研究人员建立了两个不同水力负荷率（HLR）的砾石床耦合木屑系统（R1 的 HLR 为 0.5 m3/(m2?d)，R2 的 HLR 为 0.3 m3/(m2?d)），以评估其对分散式生活污水总氮的去除效果。研究成果发表在《Desalination and Water Treatment》上，这一研究对农村污水处理具有重要意义。
研究采用了多种关键技术方法。首先，收集实际分散式生活污水作为实验用水，保证了研究的真实性。其次，运用多种水质分析方法，如用重铬酸钾法测化学需氧量（COD） 、纳氏试剂光度法测氨氮（NH4+-N）浓度等，准确检测水质指标。最后，通过微生物分析方法，提取样本 DNA 并进行测序分析，探究微生物群落结构和功能基因。
去除效率研究
研究人员对比了 R1 和 R2 系统对氮和 COD 的去除效率。结果显示，两个系统出水的 NH4+-N 浓度都较低，但总氮（TN）浓度差异显著。R2 的 TN 去除效率（TNRE）比 R1 高 25%，达到 80.09% ，其 COD 去除效率也更高。这表明降低 HLR 可显著提高 TNRE，且两个系统的氮去除途径相似，主要为硝化反硝化，但反应时间不同。
微生物结构分析
对两个系统稳定运行时的细菌群落特征进行分析发现，在不同分类水平上，R1 和 R2 存在显著差异。在门水平，R2 中具有反硝化能力的变形菌门（Proteobacteria）占比更高；在科水平，R2 中莫拉克斯菌科（Moraxellaceae）占主导，该菌科与污水中氨和磷的去除密切相关；在属水平，R2 中一些具有特定功能的菌属相对丰度更高，如嗜冷杆菌属（Psychrobacter），其具有异养硝化 - 好氧反硝化能力。这说明降低 HLR 有利于富集利用木屑和降解含氮化合物的功能微生物，增强脱氮效果。
代谢途径探究
利用 PICRUSt 分析代谢途径发现，在一般代谢和能量代谢水平，R1 和 R2 的基因丰度无显著差异，但在氮代谢的特定途径上存在显著变化。两个系统中反硝化基因比例均高于硝化基因，表明反硝化过程占主导。R2 中与固氮和同化硝酸盐还原途径相关的基因相对丰度更高，而完全硝化的基因丰度更低，说明高 HLR 下氮去除效率低主要是由于水力停留时间（HRT）短，而非氮代谢途径功能差异。
氮代谢功能基因研究
研究共鉴定出 24 个与氮循环相关的功能基因（不包括厌氧氨氧化）。R2 中部分与反硝化和完全硝化相关的基因丰度显著低于 R1，表明 R2 的脱氮过程更符合部分硝化 - 反硝化，且低 HLR 系统的长 HRT 为反硝化反应提供了更多时间，提高了 TNRE 和 COD 去除效率。
研究表明，HLR 对氮去除性能有显著影响，木屑能增强反硝化过程。在最佳 HLR（0.3 m3/(m2?d)）下，砾石床耦合木屑系统总氮去除率可达 80.1% 。该研究证实了砾石床耦合木屑系统处理农村分散式生活污水的可行性，为农村污水处理提供了新的有效方案。不过，研究也存在一些局限性，如实验周期较短，未全面评估系统的长期稳定性，且木屑的逐渐分解带来长期补充难题。未来可考虑采用模块化设计，便于木屑的更换，以平衡生态效益和操作实用性，为农村污水处理的进一步发展提供方向。
