《Bioresource Technology》：Mechanistic insights into riboflavin-mediated recovery of the single-stage partial nitritation-anammox system under tetracycline stress
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•核黄素缓解了反硝化抑制并逆转了恶化的脱氮性能。•核黄素富集了四环素降解微生物，恢复了脱氮和四环素去除性能。•核黄素在四环素胁迫下恢复了微生物代谢。引言单级亚硝酸盐氧化-厌氧氨氧化（SPNA）系统将亚硝酸盐氧化和厌氧氨氧化偶联于同一反应器中，降低了用地需求和基建成本。氨氧化细
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核黄素缓解了反硝化抑制并逆转了恶化的脱氮性能。
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核黄素富集了四环素降解微生物，恢复了脱氮和四环素去除性能。
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核黄素在四环素胁迫下恢复了微生物代谢。
引言
单级亚硝酸盐氧化-厌氧氨氧化（SPNA）系统将亚硝酸盐氧化和厌氧氨氧化偶联于同一反应器中，降低了用地需求和基建成本。氨氧化细菌（AOB）产生的亚硝酸盐作为厌氧氨氧化细菌（AnAOB）的关键底物（Park et al., 2024）。与传统的硝化-反硝化工艺相比，PN/A工艺节省了外加有机碳源，减少约60%的曝气量，降低了运行成本，并减少了二次污染（Wang et al., 2022）。
AnAOB作为SPNA系统的核心微生物，对环境扰动高度敏感，其代谢活性受到抑制后会导致系统脱氮性能恶化（Liu et al., 2025）。在这些扰动中，抗生素污染已成为一个日益受到关注的问题。由于抗生素在医疗、兽医和水产养殖领域的广泛应用，抗生素在水环境中频繁检出，通常浓度范围为ng/L至μg/L，有时甚至达到mg/L级别（Deekshit et al., 2023）。例如，在猪粪样品中观测到高达23 mg/kg的四环素浓度（Bojarski et al., 2020）。此外，短期冲击负荷事件，如制药废水或集约化养殖场的集中排放，可导致四环素浓度瞬时达到mg/L级别，对生物废水处理系统构成现实的高浓度胁迫。既往研究表明，痕量四环素（1-100 μg/L）可触发厌氧氨氧化工艺脱氮性能的边际改善（Meng et al., 2019），而较高浓度1000 μg/L则显著抑制厌氧氨氧化性能。同样，2和5 mg/L的四环素被发现严重阻碍早期脱氮能力和与硝化相关的亚硝酸盐氧化，导致活性恢复缓慢（Liu et al., 2018）。此外，高浓度四环素（≥1 mg/L）可能破坏微生物群落结构，促进抗生素抗性基因（ARGs）的传播，并通过阻碍氨基酰-tRNA与核糖体的结合来抑制蛋白质合成，从而抑制微生物活性（Lou et al., 2024）。
目前，恢复受抗生素胁迫的厌氧氨氧化系统的主要策略包括吸附法、常规生物处理法和化学处理法。例如，生物炭吸附已被广泛应用于降低抗生素的生物可利用性，以缓解厌氧氨氧化系统中的四环素胁迫。此外，有报道指出引入特定外源功能微生物或利用驯化污泥进行生物强化可有效加速受四环素抑制的厌氧氨氧化系统的恢复（Zhang et al., 2018）。核黄素是一种天然且高效的电子转移媒介体，同时也是参与各种氧化还原酶反应的辅酶前体，在生物强化和解胁迫方面展现出相当大的潜力（Zhang et al., 2024）。Guo等人报道，添加核黄素可显著增强铁厌氧氨氧化系统中氨氮的去除效率（Guo et al., 2025a）。类似地，He等人证明负载核黄素的颗粒活性炭（RF-GAC）将高浓度啤酒废水的COD去除率提高至97%以上，并使甲烷产量增加1.35倍（He et al., 2025）。尽管取得了这些进展，但以往研究主要聚焦于核黄素在增强微生物活性和电子转移中的作用。其在SPNA系统中同时恢复AnAOB活性、缓解四环素抑制、促进四环素去除和调节微生物代谢的能力仍知之甚少。因此，核黄素在抗生素胁迫下增强SPNA系统韧性和恢复能力的潜力有待进一步研究。
在实际污水处理厂中，四环素的暴露可能对SPNA系统施加选择性压力，损害脱氮性能和微生物功能稳定性。因此，理解胁迫响应机制并制定有效的恢复策略对于增强抗生素胁迫下SPNA系统的韧性至关重要。本研究通过整合脱氮性能、微生物群落分析、代谢谱、抗生素抗性特征和胞外电子转移评估，系统地研究了四环素（5 mg/L）的抑制效应和外源核黄素的恢复潜力。本研究的主要创新在于对核黄素驱动的SPNA功能恢复进行了综合评价，包括恢复AnAOB活性、提高四环素去除效率和调节微生物代谢。本研究阐明了SPNA系统中四环素诱导的功能障碍和核黄素介导的恢复机制，为在抗生素胁迫下维持工艺稳定性提供了一种潜在策略。
章节片段
实验装置与运行
连续搅拌槽反应器（CSTR）接种了长期驯化的SPNA污泥，反应器示意图见图S1。反应器的有效工作体积为5.0 L，水力停留时间（HRT）设为12 h。通过调节曝气速率将溶解氧（DO）维持在0.1 mg/L以下。定期人工排放污泥以维持反应器内混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）稳定在4000 mg/L。pH维持在
脱氮性能的变异
实验运行期间监测了脱氮性能和反应器运行参数的变化情况，包括各阶段的氮去除率（NRE）、氮去除速率（NRR）、氮负荷率（NLR）、氨氧化速率（AOR）、亚硝酸盐氧化速率（NOR）和厌氧氨氧化速率（ANR），结果如图1所示。
SPNA系统保持稳定性能，氮去除率为53.39%。在第二阶段，反应器暴露于5 mg/L四环素环境中，导致脱氮受到抑制。第二阶段的氮去除率仅为第一阶段的0.65倍。第二阶段的氮去除速率为0.11 kg N/(m3·d)。通过
结论
本研究证明，5 mg/L四环素通过抑制厌氧氨氧化活性，使SPNA系统的总氮去除率从53.39%显著下降至34.44%。添加0.5 mg/L核黄素加速了系统恢复，将总氮去除率恢复至48.15%并增强了四环素去除效果。核黄素缓解了四环素诱导的氧化应激和酶抑制，同时恢复了氮代谢、电子
CRediT作者贡献声明
刘丽平：撰写——初稿，方法学，数据整理。刘凌洁：撰写——审阅与编辑，监督。邱春生：可视化，验证。于晶晶：撰写——审阅与编辑，资源。王晨晨：撰写——审阅与编辑，资源。王绍波：撰写——审阅与编辑，监督，方法学，概念化。
利益冲突声明
作者声明，不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。
刘丽平|刘凌洁|邱春生|于晶晶|王晨晨|王绍波
