联氨调控反硝化菌与厌氧氨氧化菌竞争的双重机制：在SAD系统中实现选择性抑制与活性促进

针对同步厌氧氨氧化-反硝化(SAD)系统中反硝化菌过度增殖导致脱氮效率下降的问题，研究人员通过联氨(N2H4)浓度梯度实验，揭示其双重调控机制：10 mg N/L剂量可抑制反硝化活性至59%同时提升厌氧氨氧化活性至123%，为有机负荷波动下SAD系统优化提供新策略。

　　

在工业废水处理领域，厌氧氨氧化(anammox)技术因其高效节能特性备受关注，但该过程会产生占总量11.2%的硝酸盐副产物，导致出水总氮(TN)超标。同步厌氧氨氧化-反硝化(SAD)系统虽能通过反硝化菌协同去除硝酸盐，却面临有机碳波动引发的反硝化菌过度增殖问题——这些"抢食者"凭借更高生长速率和热力学优势(-843 kJ/mol vs anammox的-358 kJ/mol)，与厌氧氨氧化菌激烈争夺亚硝酸盐，最终导致系统崩溃。

为解决这一难题，温州科技局资助的研究团队创新性提出利用联氨(N₂H₄)作为"微生物调控开关"。这种既是anammox代谢中间体又是强还原性毒剂的化合物，在浓度梯度实验中展现出精妙的双重特性：低剂量(10 mg N/L)使anammox活性提升23%的同时，将反硝化活性压制至59%；而高剂量(≥50 mg N/L)则无差别抑制两类菌群。通过5小时短期冲击实验，SAD系统的铵盐去除率从96.2提升至116.4 mg N/g VSS·d，COD降解率则下降22%，证明该策略能快速重建微生物平衡。

关键技术方法
研究采用序批式反应器(SBR)培养anammox菌群，通过批次实验测试N₂H₄浓度效应，结合酶活性检测(如联氨脱氢酶HDH、硝酸盐还原酶Nar)和电子传递链组分分析(细胞色素c)，解析其抑制机制。

研究结果

1. N₂H₄对anammox活性的影响
   2.5-10 mg N/L剂量显著提升所有代谢指标，ARR(铵盐去除率)最高达155.5 mg N/g VSS·d；而≥50 mg N/L则引发全面抑制，SAA(比anammox活性)下降至对照组的35%。

2. 抑制机制解析
   N₂H₄通过双重途径发挥作用：破坏电子载体(如细胞色素c)的氧化还原状态，同时不可逆失活反硝化关键酶Nar。有趣的是，anammox菌的HDH酶在低浓度下被激活，高浓度才受抑制。

3. SAD系统验证
   短期冲击使anammox菌相对丰度提升1.8倍，但TN去除效率仍低于对照组，提示需优化暴露时长。

结论与意义
该研究首次阐明N₂H₄浓度依赖的双重调控机制，为有机负荷波动下的SAD系统调控提供新思路。尽管当前TN去除效率未达最优，但通过精准控制N₂H₄剂量与暴露时间，有望实现"抑菌促产"的精准调控。这项发表于《Journal of Water Process Engineering》的成果，为废水处理领域的微生物种群调控树立了范式。