"0+1>1"现象加速厌氧氨氧化工艺恢复：混合失活-活性污泥系统中anammox细菌的协同生长机制

针对厌氧氨氧化(anammox)工艺恢复缓慢的难题，研究人员创新性提出混合失活("0")与活性("1")污泥的接种策略，发现"0+1>1"协同效应。通过宏基因组和代谢组学分析，证实该现象源于活性污泥中Candidatus Kuenenia的增殖而非失活污泥复苏，其机制涉及氮代谢基因表达增强、氨基酸合成加速和群体感应(QS)通讯。该研究为废水处理领域提供了一种低成本快速恢复anammox工艺的新方案。

　　

在污水处理领域，厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation, anammox)技术因其能耗低、污泥产量少等优势，已成为脱氮工艺的重要选择。然而这项技术存在一个致命弱点——当遭遇曝气过量等操作故障时，anammox细菌会陷入"假死"状态，传统恢复方法往往需要数周甚至数月。更棘手的是，失活污泥通常被直接废弃，既造成资源浪费又增加处置成本。如何实现快速恢复并赋予"废泥"新价值，成为制约anammox技术推广的瓶颈问题。

针对这一挑战，同济大学研究团队在《Bioresource Technology》发表的研究带来了突破性发现。他们设计了三组对比实验：A1组接种纯失活污泥（含Candidatus Brocadia），A2组接种少量活性污泥（含Candidatus Kuenenia），A3组采用90%失活+10%活性污泥混合接种。令人惊讶的是，混合系统的恢复速度远超单独接种组，氮去除负荷在35天内达到2.0 kg-N/m³
/d，比纯活性污泥组提高40%，这种现象被形象地称为"0+1>1"效应。

关键技术方法
研究采用16S rRNA基因测序追踪微生物群落演变，通过宏基因组学解析功能基因差异，结合代谢组学分析氨基酸合成通路。实验设置500 mL序批式反应器，以NH₄
⁺
-N和NO₂
^-
-N为底物监测脱氮性能，通过qPCR定量hdh基因（羟胺脱氢酶关键基因）损伤程度。

研究结果

1. 氮去除性能差异
   失活污泥组(A1)始终未恢复活性，而混合组(A3)在第14天即显现活性，最终氮去除率比纯活性组(A2)高15%。这表明失活污泥并非"无用废物"，反而能促进系统恢复。

2. 微生物群落演变
   宏基因组数据显示，混合系统中Candidatus Kuenenia相对丰度增长3.8倍，而Candidatus Brocadia持续衰减。结合特异性基因标记证实，恢复动力源自活性污泥菌株的增殖而非失活菌株复苏。

3. 分子机制解析
   在混合系统中检测到：

• 氮代谢相关基因（如hao、nirS）表达量提升2-3倍
• 谷氨酸、丙氨酸等氨基酸合成增强
• 群体感应(QS)信号分子C₆
  -HSL浓度增加50%
  相反，失活污泥中hdh基因片段化证实其遭受不可逆损伤。

研究结论与意义
该研究首次揭示"0+1>1"现象的生物学本质：失活污泥通过提供微生物生态位和代谢前体，创造更利于活性anammox细菌生长的微环境。其创新性体现在：

1. 实践价值：提出"废泥再利用"策略，将恢复周期缩短60%，节省50%活性污泥用量
2. 理论突破：阐明QS通讯在污泥复苏中的调控作用，为微生物互作研究提供新视角
3. 技术启示：hdh基因可作为评估污泥可恢复性的分子标记

这项研究不仅为污水处理厂优化恢复方案提供具体指导，更开创性地证明"微生物废弃物"可能蕴含未被发掘的生态功能。未来研究可进一步探索不同菌属组合的协同效应，推动anammox技术向更稳定、更经济的方向发展。