任南琪院士团队陈川课题组WR：混合混养脱氮对污水的高效且可持续处理——从处理工艺到微生物机制

近日，任南琪院士团队陈川教授课题组在环境领域著名学术期刊Water Research上发表了题为“The mixed/mixotrophic nitrogen removal for the effective and sustainable treatment of wastewater: From treatment process to microbial mechanism”的综述文章(doi: 10.1016/j.watres.2022.119269)。文章在课题组超过十年的研究基础上，系统地梳理与总结了分别以硫自养反硝化与厌氧氨氧化为导向的混合/混养脱氮（Mixed/mixotrophic nitrogen removal, MixNR）研究进展。文章深入探讨了不同MixNR系统中的微生物代谢机制与相互作用，并重点关注了MixNR工艺在“双碳目标”背景下的碳减排潜力。本项研究为更加稳定、高效、且可持续的污水生物脱氮技术的升级与研发提供了技术支撑与理论依据。论文第一作者为张权博士生，通讯作者为陈川教授，通讯单位为城市水资源国家重点实验室。

污水脱氮一直是环境生态领域关注的重点。基于异养脱氮技术的传统处理工艺是目前应用最为广泛的污水脱氮工艺之一。该工艺存在诸多技术弊端与瓶颈，如依赖外部碳源、剩余污泥产量高以及温室气体排放问题严重等。相反，以无机电子供体（如硫化物、单质硫、氢气等）进行脱氮的自养工艺在一定程度上克服了上述技术弊端。尽管如此，自养生物脱氮工在的缩短启动时长与对工艺负荷及稳定性提升方面仍需进一步优化。近年来，许多研究专注于通过混合/混养脱氮（Mixed/mixotrophic nitrogen removal, MixNR）这一技术手段实现对传统生物脱氮工艺的优化。一方面，MixNR工艺实现了自养与异养技术优点的整合，在维持高性能脱氮进程的同时避免了因外部碳源投加所引起的一系列问题。此外，自养菌与异养菌之间紧密的代谢关联，以及混养细菌的培育有助于整个脱氮系统微生态稳定性的维持。本文对分别以硫自养反硝化与厌氧氨氧化为导向的MixNR工艺进行了系统的总结，包括工艺特性及运行参数，功能微生物机制，应用进展等，并对未来研究方向与关注重点提出了建议。

该项成果系统地回顾并总结了MixNR工艺的研究进展与趋势，对微生物机制进行了探讨，并指出MixNR工艺在“双碳目标”背景下具有突出的技术优势。针对MixNR工艺的工程应用与微生物机制解读方面，“运行参数的再优化”、“新型组合工艺的探索”、“关键功能微生物的识别与挖掘”与“能源/资源回收的拓展”等未来研究方向被建议。事实上，混养条件广泛存在于自然与人工生态系统中。一方面，水处理系统或工艺的建立应该遵守自然规律与法则。另一方面，自然生态系统所蕴含的生物化学规律又为水处理行业提供了无限启发。因此，师法于自然的环境保护技术仍亟待挖掘。