碳源驱动生物膜系统同步磷回收与脱氮的微生物生态与代谢机制研究

本文系统探讨了复杂碳源（VFAs/葡萄糖/氨基酸）对生物膜系统性能、微生物互作及代谢模式的调控作用，揭示了通过HRT优化可实现总磷回收率＞97%且富集液浓度＞50 mg/L，同时阐明有机磷（OP）在PAOs能量转换中的关键角色及EMP/ED/TCA等多通路协同的碳代谢网络，为污水资源化提供新策略。

　　

Highlight

复杂碳源条件下生物膜系统的磷去除/富集性能、碳利用及代谢特性对比研究表明：系统从单一碳源（乙酸钠）逐步切换至复杂碳源喂养初期出现性能下降与波动，但通过延长厌氧HRT长期驯化后，磷去除/富集效率显著提升。富集液磷浓度超过50 mg/L，总氮和总磷去除率分别达82%和97%以上。有趣的是，细胞内有机磷（OP）含量随磷吸收/释放波动，暗示OP在PAOs能量转换中可能起重要作用。

BPRR performance with complex carbon sources

在相同COD当量碳源供应下，不同碳源组成的BPRR系统对脱氮、碳利用及磷去除回收的性能差异显著（图1）。第一阶段以NaAc为唯一碳源时，反应器运行稳定，最大磷富集液浓度达72 mg/L；第二阶段添加氨基酸和葡萄糖后，平均磷去除效率（PRE）降至83.1%，回收富集液浓度波动增大。通过调整厌氧HRT从3 h延长至4 h（第三阶段），系统性能逐步恢复，磷富集液浓度稳定在50 mg/L以上，同时总氮去除率提升至82.3%。

Conclusion

利用复杂碳源的生物膜系统通过工艺优化（包括HRT和DO控制）实现了高效磷富集，同时保持磷、氮去除率分别高于95%和80%。代谢分析表明，复杂碳源驱动下生物膜发生显著代谢通路重构：微生物通过ED途径增强产能，同时将葡萄糖转化为糖原储存，而氨基酸则通过TCA循环补充细胞内能量代谢。这一发现为复杂碳源在污水磷回收中的应用提供了理论依据。