污水处理厂每年耗电占全国1.3%，其中脱氮环节因需大量曝气供氧，能耗占比超40%。但我国研究团队在《ront. Environ. Sci. Eng.》发表的最新成果显示，通过厌氧氨氧化污泥接种与卡那霉素“定向筛选”，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全新路径。

传统脱氮工艺的“能耗困局”
在污水处理中，“脱氮”如同给污水“排毒”——需将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接力生成硝酸盐，全程需持续曝气供氧，能耗高昂。而comammox Nitrospira（完全氨氧化菌） 是微生物界的“全能选手”，能像“一站式工厂”般独自完成氨到硝酸盐的转化，省去中间步骤，理论上可节能50%以上。

但这种“高效菌”有个致命弱点：生长速度慢，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（一种能在无氧环境下脱氮的细菌群落）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“生存竞赛”
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。70天后结果令人震惊：

速度飞跃：实验组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；
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，代谢产物为Ca. Nitrospira inopinata提供“口粮”，形成类似“共生关系”。

从实验室到污水处理厂：还有几道坎？
这项技术若落地，将给污水处理行业带来“降本革命”。以我国某中型污水处理厂为例，采用该工艺年节电可达120万度，减少碳排放800吨。但推广仍需突破三大瓶颈：

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