微压内循环反应器分区进水驯化微生物处理低C/N氨氮废水的高效脱氮机制研究

为解决低C/N氨氮废水脱氮效率低、需外加碳源等问题，研究人员通过微压内循环反应器(MPR)分区进水(1:2:1)调控溶解氧(DO)浓度，成功实现COD、NH4+-N和TN去除率分别达95%、85%和80%。该研究揭示了DO梯度变化下硝化菌与同步硝化反硝化(SND)菌群的协同作用机制，为低成本处理工业废水提供了新思路。

　　

在工业废水处理领域，低C/N（碳氮比）氨氮废水如同一个难解的方程式——高浓度的NH₄⁺-N（氨氮）与匮乏的碳源形成尖锐矛盾，传统工艺需要额外投加碳源或回流硝化液，不仅增加处理成本，还容易造成二次污染。这类废水广泛存在于石化、印染、垃圾渗滤液等领域，其NH₄⁺-N浓度可达100-2000 mg/L，成为制约污水处理厂达标排放的"卡脖子"难题。

吉林大学的研究团队独辟蹊径，将目光投向微压内循环反应器(MPR)这一特殊生化反应系统。他们创新性地采用分区进水策略（厌氧区:缺氧区:好氧区=1:2:1），通过精准调控溶解氧(DO)浓度梯度，成功实现了"一石三鸟"——在不添加外源碳源的情况下，系统对COD、NH₄⁺-N和总氮(TN)的去除率分别达到95%、85%和80%，相关成果发表在《Biochemical Engineering Journal》上。

研究团队运用三项关键技术：首先建立分区进水的MPR反应器系统，采用单侧偏心穿孔曝气方式；其次通过DO浓度三阶段调控（0.3-0.5→1.5-2.0→0.8-1.2 mg/L）驯化功能菌群；最后结合16S rRNA扩增子测序分析微生物群落演变。

溶解氧分布
研究发现DO浓度变化会重塑反应器内的微环境分区。当DO从0.3 mg/L提升至2.0 mg/L时，好氧区体积占比从28%扩大至65%，为硝化菌群创造了优势生长条件。

微生物群落演变
16S rRNA测序显示，随着DO升高，硝化菌属Ferruginibacter和OLB12相对丰度显著增加；而当DO回调至0.8-1.2 mg/L时，反硝化功能菌如Thauera和Zoogloea迅速增殖，其中具有同步硝化反硝化(SND)功能的菌群在好氧区贡献了21.24%的TN去除量。

污染物去除效能
在稳定运行阶段，系统展现出卓越的协同去除能力：缺氧区承担了主要的COD去除任务（去除率72%），而好氧区不仅完成NH₄⁺-N氧化，还通过SND作用额外去除TN，这种"一区多能"特性大幅提升了碳源利用率。

这项研究突破了传统工艺的思维定式，通过"分区进水+DO梯度调控"的组合拳，实现了功能菌群的精准驯化。特别值得注意的是，当DO浓度回调时，硝化菌属的相对丰度仍能保持稳定，而反硝化菌群迅速增殖，这种"生态位记忆"效应为工艺调控提供了重要窗口期。研究揭示的微生物群落演替规律，为开发低成本、高效率的废水处理工艺提供了理论基石，尤其适用于碳源匮乏的工业废水处理场景。