调控生物膜分层与微生物空间互作增强逆向扩散生物膜中吡啶-N短程转化促进挥发性吡啶降解的机制研究

为解决工业废水中挥发性有机物(VOCs)和氮污染残留问题，研究人员通过整合逆向扩散生物膜与短程硝化-反硝化技术(SND)，开发了基于吡啶-N短程转化(EPB-SPNT)的强化降解体系。研究实现了100%吡啶去除率和91.24±0.75%总氮去除率，揭示了Alicycliphilus(APDB)、Nitrosomonas(AOB)和Paracoccus(APD-DB)的空间协作机制，为工业废水处理提供了新策略。

　　

工业废水处理领域长期面临挥发性有机物(VOCs)和氮污染的双重挑战。吡啶作为典型含氮杂环化合物，在农药、医药等精细化工行业广泛应用，但其具有致畸、致癌特性，传统生物处理法存在去除效率低、二次污染等问题。针对这一难题，国内研究人员创新性地将膜曝气生物膜反应器(MABR)与短程硝化-反硝化(SND)技术耦合，开发出基于吡啶-N短程转化(EPB-SPNT)的强化降解体系。

研究团队采用微电极测量、数学模型预测、荧光原位杂交(FISH)和16S rRNA分析等原位表征技术，结合宏基因组学分析，系统考察了曝气压力和进水pH对生物膜特性的调控作用。通过PDMS中空纤维膜组件构建MABR反应器，在30±1℃条件下运行，利用循环泵促进基质传质。

Pyridine and pyridine-N removal in MABR
研究显示，在0.02MPa曝气压力和pH8条件下，系统实现吡啶100%去除、TOC 94.38±0.39%去除和TN 91.24±0.75%去除。微电极分析揭示生物膜存在明显的氧和pH梯度分层，形成适宜的好氧/缺氧微环境。

Conclusions
好氧层富集需氧吡啶降解菌(APDB，Alicycliphilus)和氨氧化菌(AOB，Nitrosomonas)，缺氧层则富集兼性厌氧吡啶降解-反硝化菌(APD-DB，Paracoccus)。蛋白质二级结构的低亲水性是生物膜稳定性的关键因素。EPB-SPNT过程由APDB、AOB和APD-DB的空间协作驱动，其中APDB启动吡啶降解，AOB将释放的NH₄⁺-N转化为NO₂^--N，APD-DB则利用NO₂^--N作为电子受体完成吡啶深度降解。

该研究通过精准调控生物膜分层和微生物互作，首次在MABR中实现吡啶-N短程转化的强化降解，为工业废水处理提供了新思路。论文发表于《Bioresource Technology》，研究成果对推动MABR技术发展和深入理解EPB-SPNT机制具有重要意义。