黄铁矿驱动混合营养反硝化中自养与异养电子供体的协同机制及其在高效脱氮中的应用

本研究创新性地构建了黄铁矿驱动混合营养反硝化(PMD)系统，通过耦合黄铁矿(FeS2)与乙酸钠的协同作用，在C/N比为3时实现总氮(TN)去除率87.99%（批次反应器）和86.03%（连续流生物滤池），总磷(TP)去除率达88.90%-96.32%。研究揭示了PMD系统(反应速率常数k=0.116 h-1)显著优于单一自养(PAD，k=0.033 h-1)和异养反硝化(HD，k=0.085 h-1)的机制，为废水处理领域提供了新型高效脱氮策略。

　　

Highlight

本研究亮点在于揭示了黄铁矿与有机碳源的协同增效机制：1）构建了反应速率(k=0.116 h^-1)超越传统自养(k=0.033 h^-1)和异养系统(k=0.085 h^-1)的PMD体系；2）通过上调NAP、NIR等反硝化基因及Fcc、CysJI等硫代谢基因实现代谢通路协同；3）有机碳促进微生物分泌蛋白加速黄铁矿腐蚀，缓解钝化效应。

Nitrogen removal in batch reactors

在批次反应器中，经过10个批次驯化后，混合营养组(R3)展现出最优脱氮性能，出水总氮(TN)稳定在6.33 mg/L，显著低于自养组(R1)的14.48 mg/L。动力学分析显示PMD系统的表观反应速率常数(k_obs)达到0.116 h^-1，较单一系统提升2.5-3.5倍。微生物群落分析发现Thauera(异养)、Thiobacillus(自养)和Azonexus(混合营养)等反硝化菌的协同富集。

Conclusions

本研究结论表明：1）PMD系统在批次和连续流反应器中分别实现87.99%和86.03%的TN去除率；2）有机碳扩展了PMD活性区域，促进Thiobacillus等功能菌增殖；3）外源电子供体削弱了内源反硝化(ED)和同化硝酸盐还原(ANR)的贡献，有利于维持污泥活性；4）建立了包含异养-自养-混合营养菌的共生反硝化体系。