基于SNAD工艺的高氨氮废水处理系统：性能优化、污泥演化及微生物组学机制解析

为解决高浓度NH4+废水处理中多级系统效率低、间歇流不稳定的问题，研究人员通过耦合SAD颗粒污泥与短程硝化污泥，构建了一体化连续流SNAD系统。通过调控pH、DO、FA和FNA等参数，实现了93.12%的总氮去除率（TNRE）和95.44%的碳削减（CRE），并揭示了微生物功能基因与污泥稳定性的关联，为低碳废水处理提供了新策略。

　　

随着工业废水排放标准日益严格，高浓度氨氮（NH₄⁺）废水的处理成为环境工程领域的难题。传统同步硝化、厌氧氨氧化与反硝化（SNAD）工艺存在多级反应器配置复杂、间歇流操作不稳定等瓶颈，导致总氮去除效率（TNRE）波动大，且难以实现工程化连续运行。更棘手的是，硝化细菌（NOB）的过度增殖会消耗关键底物亚硝酸盐（NO₂^--N），而游离氨（FA）和游离亚硝酸（FNA）的毒性又可能抑制厌氧氨氧化菌（AnAOB）活性。面对这些挑战，辽宁某高校团队在《Environmental Research》发表研究，通过创新性整合SAD颗粒污泥与短程硝化污泥，成功构建了一体化连续流SNAD系统，为高氨氮废水处理提供了高效稳定的解决方案。

研究团队采用改良升流式厌氧污泥床（UASB）反应器，分区控制好氧/厌氧环境，结合实时监测DO和pH的动态调控策略。通过16S rRNA测序和宏基因组分析解析微生物群落，并运用三维荧光光谱（3D-EEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征污泥特性。

Reactor and operating strategy
通过将UASB反应器分割为好氧区和厌氧区，利用内循环实现底物传递。关键创新在于接种SAD颗粒污泥并逐步投加短程硝化污泥，通过控制FA>1.5 mg/L和FNA<0.02 mg/L有效抑制NOB生长。

Results and discussion
系统在173天运行中分6阶段优化，最终TNRE达93.12%。光谱分析显示污泥中色氨酸类蛋白减少，α-螺旋结构占比下降，这与其沉降性能变化相关。宏基因组数据表明，氨氧化菌（AOB）、AnAOB和反硝化菌（DNB）形成功能互补群落，但群体感应（QS）相关基因表达降低，暗示微生物通讯机制可能减弱。

Significance of the SNAD process
区别于传统多级系统，该一体化设计实现了AOB-AnAOB-DNB的协同代谢。颗粒污泥结构赋予系统更高生物量保有量，而连续流运行模式更贴近工程实际需求。

Conclusion
研究证实通过SAD颗粒污泥与短程硝化污泥的耦合，结合精准参数控制，可建立稳定的连续流SNAD系统。微生物组学揭示了功能菌群的代谢网络，而污泥特性分析为工艺优化提供了理论依据。该成果为高氨氮废水处理提供了兼具高效性与工程可行性的技术路径，推动污水处理行业向低碳化发展。