单步好氧工艺同步降解N-甲基吡咯烷酮与脱氮的生物强化机制研究

本文推荐：本研究创新性地从驯化污泥中分离出真菌Apiotrichum loubieri（A. loubieri），通过添加葡萄糖作为辅助电子供体，在单步好氧反应中实现N-甲基吡咯烷酮（NMP）降解与总氮（TN）的同步去除。突破传统硝化/反硝化（nitrification/denitrification）两段式工艺限制，证实生物合成途径可高效同化NH4+-N（电子分配系数fs=0.47），为高氮有机废水（NOW）处理提供新策略。

　　

亮点

当NMP释放的铵氮（NH₄⁺-N）与补充电子供体（葡萄糖）共同被A. loubieri吸收转化为生物质（C₅H_7.9O₂N）时，其化学计量关系可表示为：

C₅H₉NO（NMP）+ mC₆H₁₂O₆（葡萄糖）+ (6m+0.775)O₂ →^{A. loubieri} C₅H_7.9O₂N（生物质）+ (6m+0.55)H₂O + 6mCO₂

其中m为葡萄糖与NMP的摩尔比，反映补充电子供体对氮同化的关键作用。

A. loubieri对氮去除的影响

单独A. loubieri在28小时内未显示NMP降解能力（见图S3），但28-42小时实现完全降解，表明其携带NMP单加氧酶基因但存在表达延迟。图1显示三种处理方案中，仅"驯化污泥+A. loubieri+葡萄糖"组合能同步去除NMP与TN，证实葡萄糖提供的电子占NH₄⁺同化总需求的67%。

结论

真菌A. loubieri通过生物强化显著提升NMP驯化污泥的脱氮效率。质量平衡分析揭示：需添加葡萄糖等辅助电子供体以满足生物合成电子需求（NMP与葡萄糖分别贡献33%和67%电子）。该单步好氧工艺突破传统硝化/反硝化限制，大幅缩短污泥停留时间（SRT）与水力停留时间（HRT）。