硫化物驱动的混合营养型反硝化作用：提高氮去除效率的机制与微生物相互作用

《AIChE Journal?AIChE》：Sulfide-driven mixotrophic denitrification: Mechanisms and microbial interactions for enhanced nitrogen removal

硫化物驱动的混合反硝化技术（SDMD）在低碳条件下（C/N=0.25）实现氮去除效率76.14%，显著高于单一工艺。提高C/N至0.75时，有机碳加速亚硝酸盐还原与硫化物去除，异养菌通过三羧酸循环（TCA）为自养菌提供无机碳，形成代谢互补网络。核心菌群包括 Thiobacillus、Rhodanobacter、Castellaniella 和 Thauera，基因组学证实硫氧化（fccAB/sqr/sox/soeABC）、硫酸盐转运（cysAPUW）及还原（cysDN/sat/aprAB/cysIJ/sir）基因上调，揭示硫循环与氮去除的协同机制。

　　

摘要

本研究探讨了在低碳（C）条件下，利用硫化物驱动的混合营养反硝化作用（SDMD）去除氮（N）的过程。当碳氮比（C/N）为0.25时（其中硫化物浓度为80 mg L^-1，硝酸盐浓度为50 mg L^-1），SDMD的总氮去除效率达到了76.14%，比硫化物驱动的自养反硝化作用（58.34%）和异养反硝化作用（7.35%）的联合效率高出10.45%。将碳氮比提高到0.75后，反硝化效率仍然保持较高水平，有机碳的添加加速了亚硝酸盐的还原和硫化物的去除。微生物分析表明，异养菌通过三羧酸循环代谢有机物，并为利用还原型三羧酸循环（rTCA循环）的自养菌提供无机碳，从而在竞争环境中实现互利合作。主要参与的菌属（Thiobacillus、Rhodanobacter、Castellaniella和Thauera）形成了一个代谢互补的网络。宏基因组学分析显示，相关基因（如硫氧化相关基因fccAB、sqr、sox和soeABC）、硫酸盐转运基因cysAPUW以及异化硫酸盐还原基因cysDN、sat、aprAB、cysIJ和sir）的表达上调，这些基因增强了硫循环和氮的去除效果。这些发现为优化基于SDMD的废水处理技术提供了有益的见解。

利益冲突声明

作者声明没有与本文内容相关的利益冲突。