钙黄石协同Co(II)/Cu(II)活化过氧化氢高效降解磺胺甲嘧啶钠的机制研究

为解决低C/N比废水处理难题，研究人员通过构建AOA-AGS系统（厌氧/好氧/缺氧-好氧颗粒污泥），探究其在C/N=4.6条件下同步硝化反硝化除磷（SNDPR）性能。研究发现系统通过内源反硝化实现47%总无机氮去除，微生物群落以Candidatus_Competibacter（61.99%）为主导，功能基因narG/nxrA高表达，为低碳废水处理提供技术参考。

　　

随着工业废水排放标准日益严格，低碳氮比（C/N）污水的处理成为环境工程领域重大挑战。传统生物脱氮工艺在C/N<5时效率骤降，而农业和食品工业废水普遍存在碳源不足问题。更棘手的是，现有技术难以同步实现氮磷高效去除，常需额外投加碳源，大幅增加处理成本。

针对这一瓶颈，来自中国国家自然科学基金委和湖南省自然科学基金资助项目的研究团队，在《Journal of Water Process Engineering》发表创新性研究。他们构建了厌氧/好氧/缺氧-好氧颗粒污泥（AOA-AGS）序批式反应器（SBR），通过120天实验证实该系统在C/N=4.6的极端条件下仍能稳定运行，并首次揭示了颗粒污泥微生物群落结构与功能基因的协同作用机制。

研究采用实验室规模SBR反应器，接种预培养的AGS污泥，以醋酸钠为唯一碳源配制模拟废水。通过DO梯度调控（5-7 mg/L）、qPCR功能基因定量和16S rRNA高通量测序等关键技术，系统分析了污染物去除效率与微生物群落演替规律。

污染物去除效率
启动阶段数据显示，系统在DO 5-7 mg/L时NH₄⁺-N去除率达100%，TIN去除率稳定在47%。颗粒污泥的层状结构形成氧扩散梯度，内部微缺氧区促进同步硝化反硝化（SND），这是传统絮状污泥无法实现的特性。

微生物群落特征
高通量测序发现Candidatus_Competibacter以61.99%绝对优势成为核心菌属。该糖原积累菌（GAOs）通过缓慢生长维持颗粒结构稳定性，同时提供内源碳源驱动反硝化。功能基因分析显示narG（硝酸盐还原酶）和nxrA（亚硝酸盐氧化酶）丰度显著，从分子层面解释了高效氮代谢机制。

结论与意义
该研究证实AOA-AGS工艺在低碳条件下具有三重优势：1）颗粒结构创造微环境，实现单反应器内SNDPR；2）GAOs主导的微生物群落兼具结构稳定与代谢高效特性；3）功能基因网络保障氮磷同步去除。这项成果为污水处理厂提标改造提供了新思路，尤其适用于食品加工、养殖业等低碳废水处理场景。论文中提出的DO控制策略（5-7 mg/L）和微生物调控靶点（Candidatus_Competibacter）具有直接工程应用价值。