你知道吗？污水处理厂的“脱氮”环节可能是个“耗电大户”！传统工艺需要大量曝气供氧，能耗占全厂40%以上。但我国研究团队最新发表在《Frontiers of Environmental Science & Engineering》的成果显示，通过厌氧氨氧化污泥接种结合卡那霉素“筛选”，可在70天内将高效脱氮菌Ca. Nitrospira inopinata的占比提升至95.22%，且全程无需曝气，为低能耗污水处理提供新思路。

从“两步走”到“一站式”：脱氮菌的“进化革命”
在污水处理中，“脱氮”就像给污水“排毒”——把氨氮转化为无害氮气。传统工艺依赖两种细菌“接力”：先由氨氧化菌将氨转化为亚硝酸盐，再由亚硝酸盐氧化菌转化为硝酸盐，全程需持续曝气，能耗极高。而comammox Nitrospira（完全氨氧化菌） 是个“全能选手”，能像“一站式工厂”一样，独自将氨直接氧化为硝酸盐，省去中间步骤。

但这种“全能菌”有个“傲娇”的毛病：生长慢、在复杂菌群中易被“排挤”。过去用普通污泥富集需200-350天，效率极低。此次研究另辟蹊径：用厌氧氨氧化污泥（一种能在无氧条件下脱氮的细菌群落）当“种子”，再加入抗生素卡那霉素“清场”，终于让Ca. Nitrospira inopinata快速“上位”。

抗生素+厌氧氨氧化：微生物的“精准筛选”
研究团队在实验室搭建了两个反应器：对照组仅接种厌氧氨氧化污泥，实验组额外添加10mg/L卡那霉素。结果令人惊喜：

速度飞跃：实验组70天内Ca. Nitrospira inopinata占比达95.22%，是对照组的2.5倍，较传统方法提速3倍以上；
低氧运行：反应器溶解氧
脱氮高效：氨氮去除率稳定在90%以上，硝酸盐产量达3.34mg/L，满足排放标准。
卡那霉素在这里扮演“微生物筛选器”的角色：它能抑制普通氨氧化菌的蛋白质合成，却对Ca. Nitrospira inopinata“手下留情”。而厌氧氨氧化污泥提供了“友好环境”——其颗粒结构保护目标菌，且代谢产物为Ca. Nitrospira inopinata提供“口粮”。

污水处理厂的“节能密码”：从实验室到产业化
这项技术若落地，将给污水处理厂带来“降本革命”。以我国某中型污水处理厂为例，若采用该工艺，年节电可达120万度，相当于减少800吨碳排放。但推广仍需突破“三道关”：

菌群调控难：实际污水中微生物更复杂，如何稳定Ca. Nitrospira inopinata的“统治地位”仍是难题；
抗生素风险：卡那霉素可能诱导耐药基因，需探索更安全的替代方案；
规模化瓶颈：实验室条件下的低氨浓度（4.88mg/L）与实际污水差异大，需优化工艺参数。
研究团队建议，下一步可结合生物膜技术固定菌群，或开发基因编辑手段增强目标菌竞争力。未来，这种“低能耗脱氮工艺”或许会成为污水处理厂的“标配”，助力双碳目标实现。

从“耗电大户”到“节能先锋”，微生物的“小宇宙”正在改写污水处理的未来。这场发生在微观世界的“生存竞赛”，或许将为我们打开绿色发展的新大门。

来源: FESE Message