微生物电解池中酒糟废水的协同自养-异养脱氮机制与效能优化研究

为解决酒糟废水生物处理后残留氮素引发的富营养化风险，研究人员构建双室微生物电解池（MEC），通过外接电压驱动阴极室自养（氢营养型）与异养脱氮菌协同作用，优化参数后总氮去除率达80%，并揭示电压对脱氮菌群（如Cloacibacterium、Thermomonas）及氮代谢基因的调控机制，为高氮废水深度处理提供新策略。

　　

酒糟废水作为中国白酒产业的典型副产物，具有COD超10,000 mg/L、总氮>150 mg/L的高污染特性。尽管厌氧-好氧组合工艺能有效降解有机物和氨氮，但出水硝酸盐浓度仍难以达标，直接排放可能导致水体富营养化。传统脱氮技术中，异养脱氮需消耗有机碳源且产生大量污泥，而硫/铁自养脱氮面临硫酸盐残留或污泥处置难题。氢营养型脱氮虽环保，但启动慢、负荷适应性差。如何实现高效、低耗的深度脱氮成为行业痛点。

北京林业大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表论文，创新性地采用双室微生物电解池（MEC）技术，以酒糟废水为阳极碳源，通过外接电压驱动阴极室协同脱氮。研究构建"H"型反应器，采用质子交换膜（PEM）分隔阴阳极室，优化污泥接种量（10%）、电压（0.2 V）、盐度（0.5 g/L NaCl）和C/N比（2.5）等参数，结合微生物群落分析及功能基因检测，系统解析了MEC强化脱氮的机制。

关键实验技术

1. 双室MEC反应器构建：采用N117质子交换膜分隔阴阳极室，碳基电极经酸碱预处理；
2. 参数优化实验：通过单变量法探究污泥量、电压等对脱氮效率的影响；
3. 微生物组分析：高通量测序鉴定阴极室优势菌群（如Cloacibacterium）；
4. 功能基因检测：定量氮代谢相关酶基因表达水平。

研究结果

1. 污泥接种量影响：0.2 g/L接种量时，阴极室氨氮积累最少，硝酸盐还原速率最高；
2. 电压调控效应：0.2 V电压显著富集脱氮菌（相对丰度提升35%），并激活narG（硝酸盐还原酶）、nirS（亚硝酸盐还原酶）基因表达；
3. 盐度与C/N比优化：0.5 g/L盐度下菌群活性最佳，C/N=2.5时异养菌与自养菌代谢平衡；
4. 微生物互作机制：电压促进氢营养型菌（如Thermomonas）与异养菌电子传递，形成"氢桥"协同脱氮路径。

结论与意义
该研究证实MEC技术可通过电场调控微生物群落结构，实现酒糟废水深度脱氮（出水总氮4.1 mg/L）。其创新性体现在：① 利用废水自身有机质驱动脱氮，降低外加碳源成本；② 电压选择性富集脱氮功能菌，加速系统启动；③ 揭示氢营养型与异养菌的电子共生机制。成果为高氮工业废水处理提供了兼具经济性与生态性的解决方案，对推动"双碳"目标下污水处理技术革新具有重要参考价值。