内源反硝化与外源乙酸反硝化速率趋同机制分析 （来源 微信视频号：WATERCNWW1985）

一、反硝化速率差异的传统认知

 

传统理论认为，外源乙酸等有机碳源的反硝化速率显著高于内源反硝化过程。外源碳源可直接为反硝化菌提供电子供体，其反硝化速率通常可达内源反硝化的3-5倍‌。例如，以乙酸钠为碳源时，反硝化速率可达0.8-1.2 mg NO3--N/(g VSS·h)，而内源反硝化速率仅0.2-0.4 mg NO3--N/(g VSS·h)‌。

 

二、内源反硝化速率提升的关键机制

 

微生物群落适应性进化‌

长期低碳氮比环境诱导反硝化菌群产生代谢适应性，如增强胞内聚羟基脂肪酸酯（PHA）储存能力，或通过电子穿梭体（如细胞色素c）优化电子传递效率‌。俞汉青团队发现，混合营养型反硝化菌群可同时利用内源PHA和外源乙酸，使反硝化速率提升至与外源碳源相当水平‌。

 

电子传递路径优化‌

内源反硝化通过激活替代电子传递链（如NADH脱氢酶-醌池-细胞色素c通路），绕过传统异养代谢的限速步骤。柏杨巍团队证实，光电反硝化中光电子可直接补充内源代谢电子缺口，使反硝化速率提升2-3倍‌。

 

亚硝酸盐积累效应‌

短程反硝化（NO3-→NO2-）比全程反硝化减少50%电子需求，内源条件下更易实现亚硝酸盐积累。彭永臻院士指出，短程反硝化-厌氧氨氧化（PDN-Anammox）耦合工艺中，内源反硝化速率可达0.6-0.9 mg NO3--N/(g VSS·h)，接近外源碳源水平‌。

 

三、工程案例验证

 

沃尔德斯硫自养反硝化案例‌

通过强化硫氧化菌与反硝化菌的共生关系，实现总氮去除率>95%，反硝化速率达1.1 mg NO3--N/(g VSS·h)，与传统乙酸反硝化相当。

 

美国EPA主流脱氮项目‌

采用部分反硝化-厌氧氨氧化（PdNA）工艺，内源反硝化速率稳定在0.8 mg NO3--N/(g VSS·h)，较传统工艺提升60%‌。

 

四、技术突破意义

 

碳源节约‌

内源反硝化速率提升可减少30-50%外碳投加量，以10万吨/日污水处理厂为例，年节省碳源成本超200万元‌。

 

污泥减量‌

内源代谢污泥产率系数（0.05-0.1 g VSS/g COD）仅为异养反硝化的1/3，显著降低污泥处理费用‌。

 

工艺革新‌

为短程反硝化-厌氧氨氧化（PDN-Anammox）等自养脱氮工艺提供稳定亚硝酸盐来源，推动主流脱氮技术升级‌。

 

 

 

功能菌群定向调控‌

通过宏基因组筛选高活性内源反硝化菌株（如Thiobacillus denitrificans），结合CRISPR技术强化其电子传递能力‌。

 

多电子供体协同机制‌

探索硫化物、氢气等无机电子供体与内源代谢的协同效应，构建混合营养型反硝化系统‌。

 

动态控制策略‌

开发基于实时在线监测（如ORp、NO2-传感器）的智能调控系统，优化内源反硝化与短程反硝化的切换阈值‌。

 

该现象颠覆了传统认知，为低碳氮比废水处理提供了新思路，但需进一步解决内源反硝化稳定性及长期运行效能问题‌。