铁(III)诱导的氨生成及其在反硝化依赖型厌氧甲烷氧化系统脱氮过程中的控制策略

为解决高浓度亚硝酸盐(NO2?–N)对反硝化除磷(DPR)系统的抑制问题，研究人员以丙酸钠(R1)和乙酸钠(R2)为碳源，通过逐步驯化策略探究了DPAO(反硝化聚磷菌)的代谢响应机制。结果表明，R1系统在20 mg/L NO2?–N下仍保持活性，而R2系统耐受阈值达30 mg/L，揭示了丙酸代谢的能量优势及DGAO(反硝化糖原积累菌)的协同作用。该研究为优化低碳污水处理工艺提供了理论依据。

　　

在追求低碳高效的污水处理技术浪潮中，反硝化除磷(Denitrifying Phosphorus Removal, DPR)因其能同步去除氮磷且能耗低而备受关注。然而，这个看似完美的解决方案却面临着一个"隐形杀手"——亚硝酸盐(NO₂^?–N)及其衍生物游离亚硝酸(FNA)。这些物质就像潜伏的特工，能破坏微生物细胞膜、干扰能量代谢，导致核心功能菌群——反硝化聚磷菌(DPAOs)的集体"罢工"。更棘手的是，不同碳源培养的系统对亚硝酸盐的耐受性存在显著差异，但其中的机制始终是个未解之谜。

兰州理工大学的研究团队在《Journal of Environmental Management》发表的研究中，设计了一场别开生面的"微生物耐力挑战赛"。他们建立了两套序批式反应器(SBR)，分别以丙酸钠(R1)和乙酸钠(R2)作为唯一碳源，通过逐步提高亚硝酸盐浓度、调整投加方式和延长缺氧时间等策略，系统探究了DPAOs的极限耐受能力及其背后的生存智慧。

研究采用了梯度驯化培养策略，结合高通量测序技术和细胞内聚合物(PHA/糖原)分析。通过监测污染物去除效率、关键酶活性及微生物群落结构变化，揭示了不同碳源条件下DPAOs的应激响应机制。

关键结果揭示
在"污染物去除性能"方面，研究显示R1系统在20 mg/L NO₂^?–N时出现磷去除率下降，而R2系统的临界阈值达30 mg/L。当浓度升至50 mg/L时，R1仍保留部分活性，这归因于丙酸代谢产生的更多还原力(NADH)和更稳定的PHA降解速率。

"微生物群落分析"显示，R1系统中以Flavobacterium为代表的DPAOs相对丰度高达24.71%，而R2系统中Candidatus Competibacter等DGAOs(反硝化糖原积累菌)占比15.61%。这种差异直接导致了两套系统截然不同的应急策略：R1系统依赖DPAOs自身的代谢韧性，而R2系统则通过DGAOs快速动员PHA进行"损管维修"。

代谢通路解析
研究阐明了碳源类型如何像"基因开关"一样调控微生物的命运：

• 丙酸钠通过甲基丙二酰-CoA途径产生更多NADH，增强了DPAOs的抗氧化能力
• 乙酸钠则通过乙酰-CoA途径促进GAOs增殖，形成"PHA快速消耗-亚硝酸盐解毒"的应急模式
• 在极端压力下，R2系统展现出"分工协作"的智慧：DGAOs先清除亚硝酸盐，DPAOs随后完成除磷

这项研究不仅明确了不同碳源系统的最佳运行参数(丙酸钠系统建议NO₂^?–N<20 mg/L，乙酸钠系统<30 mg/L)，更重要的是揭示了微生物应对环境胁迫的进化策略。该成果为污水处理厂碳源选择、工艺调控提供了理论支撑，尤其对处理高氮废水具有重要指导价值。正如研究者Juan Ma团队强调的，理解这些微观世界的"生存法则"，将助力我们设计出更智能、更坚韧的污水处理生态系统。