利用富铁剩余活性污泥原位富集Feammox微生物群落：底物代谢、基因变异与微生物组特征

本研究针对Feammox(铁氨氧化)微生物富集难题，创新性利用含Fe2+的剩余活性污泥(EAS)作为接种源和铁源，通过耦合NDFO(硝酸盐依赖型亚铁氧化)实现Fe3+/Fe2+循环，成功在74天内获得NH4+-N去除能力达2.87±0.75 mg N/g干污泥·d的Feammox菌群，基因分析显示acm基因丰度提升19.3倍，为污泥资源化提供新思路。

　　

在污水处理领域，如何实现高效低碳的氮去除一直是科学家们关注的焦点。传统生物脱氮工艺存在能耗高、污泥产量大等问题，而新兴的厌氧氨氧化耦合三价铁还原(Feammox)技术因其"零碳排、低污泥产"的特性备受瞩目。然而这项技术面临两大瓶颈：一方面Feammox菌生长缓慢，富集周期长达数月；另一方面传统方法需持续投加铁源，易导致污泥矿化。更棘手的是，现有接种污泥来源有限——厌氧消化污泥与Feammox菌营养类型不匹配，而厌氧氨氧化(anammox)污泥又产量稀少。

面对这些挑战，来自国内研究机构的研究人员独辟蹊径，将目光投向城市污水厂大量产生的剩余活性污泥(EAS)。这项发表在《Bioresource Technology》的研究创新性地利用EAS双重身份——既是接种源又是铁源，通过耦合硝酸盐依赖型亚铁氧化(NDFO)过程，成功构建了自维持的Fe³⁺/Fe²⁺循环系统。

研究团队采用三阶段培养策略：首先通过基础培养基激活菌群，随后引入NO₃^--N触发NDFO反应转化EAS中的Fe²⁺，最终建立Feammox-NDFO耦合体系。运用qPCR检测功能基因动态，高通量测序解析微生物群落演变，并结合化学计量学分析代谢通路。

研究结果显示，经过74天培养，系统NH₄⁺-N去除能力达到2.87±0.75 mg N/g干污泥·d。基因分析揭示Feammox标志基因acm绝对丰度增长19.3倍，且与anammox功能基因Amx、反硝化基因nosZ呈显著正相关。微生物群落中，酸杆菌门(Acidobacteriota)和硝化螺旋菌门(Nitrospirota)显著富集，功能预测显示碳固定和铁代谢通路被显著激活。

特别值得注意的是，研究首次证实EAS中铁的循环利用可行性——98%的Fe²⁺通过NDFO转化为Fe³⁺后，又能被Feammox菌重新还原，形成可持续的铁循环。这种"以废治废"的策略不仅解决了铁源持续投加导致的矿化问题，更开辟了污泥资源化新途径。

这项研究的突破性在于：一是创建了EAS定向富集Feammox菌群的新方法，将传统依赖特种污泥的接种方式转变为利用普适性污泥资源；二是揭示了acm基因作为Feammox过程新型分子标记物的潜力；三是通过铁循环的精准调控，实现了氮去除过程的自主维持。这些发现为发展低成本、可持续的污水脱氮技术提供了理论支撑和工程实践指导，对推动污水处理行业绿色转型具有重要意义。