菌-藻共聚体反硝化效率的机制与突破
（来源 微信视频号：WATERCNWW1985）
（来源 微信视频号：WATERCNWW1985）
一、传统反硝化效率的瓶颈与菌-藻共聚体的发现
传统反硝化过程依赖异养微生物在缺氧条件下将硝酸盐（NO₃⁻）逐步还原为氮气（N₂），其效率受限于碳源供应、温度及微生物群落结构。例如，高温环境（>60℃）会导致反硝化反应链中断，亚硝酸盐（NO₂⁻）和氧化亚氮（N₂O）大量积累，显著降低氮气转化率。而菌-藻共聚体通过构建微生物与藻类的共生体系，实现了对反硝化过程的优化。近期研究表明，这一共聚体的反硝化效率可达传统工艺的50%左右，这一突破源于其独特的代谢协同机制。
二、菌-藻共聚体的高效反硝化机制
代谢协同与资源互补
菌-藻共聚体中，藻类通过光合作用释放氧气和有机碳源，为反硝化细菌提供电子供体，同时细菌代谢产生的二氧化碳（CO₂）和矿物质促进藻类生长。例如，小球藻与活性污泥的共生体系在特定配比下，可形成稳定的碳氮循环：藻类吸收氮磷合成生物质，细菌则利用藻类分泌的有机物完成反硝化，显著减少了对额外碳源的依赖。这种互补性使系统在低能耗下维持高效脱氮。
温度适应性与反应链完整性
传统反硝化在高温下易因微生物“自我保护”而中断反应链（如NO₃⁻→NO₂⁻停滞），而菌-藻共聚体通过菌种多样性增强了环境适应性。例如，在55℃条件下，共聚体中的嗜热菌与中温菌可协同完成部分反应，避免NO₂⁻和N₂O的积累。此外，藻类对温度的缓冲作用进一步稳定了微生物活性，使反应链更接近“一条龙”服务（NO₃⁻→N₂）。
短程反硝化与能量效率提升
菌-藻共聚体可能通过短程反硝化路径（如NO₃⁻→NO₂⁻→N₂）减少反应步骤，降低能量消耗。这一机制与AO工艺中“换工”现象类似，即特定菌种在特定条件下主导关键反应，避免中间产物堆积。例如，藻类分泌的有机酸可直接作为电子供体，加速NO₂⁻还原为N₂的过程，使整体效率提升。
三、与传统工艺的对比优势
碳源利用效率
传统反硝化需外投碳源（如甲醇），且CN比需严格控制在4-6以抵消内回流氧气的影响。而菌-藻共聚体通过藻类光合作用实现碳源自给，降低了运行成本。例如，小球藻在光照下产出的有机物可满足反硝化菌需求，使系统无需额外投加碳源。
环境友好性
传统工艺中，N₂O作为温室气体可能逸出，而菌-藻共聚体通过菌群协作（如nosZ基因表达）强化了N₂O还原为N₂的步骤，减少了二次污染。此外，藻类对磷的同步去除进一步提升了水质净化效果。
可持续性
菌-藻共聚体将废水处理与生物质生产结合，藻类收获后可用于生物燃料或饲料，实现资源循环。例如，水产养殖废水处理中，共聚体在脱氮的同时提升了藻类生物量，为后续利用提供了原料。
四、应用前景与挑战
尽管菌-藻共聚体展现高效性，其规模化应用仍面临挑战。例如，藻菌配比需精确调控（过高或过低均会抑制代谢），且光照条件要求限制了其在暗环境中的适用性。未来研究可聚焦于基因工程优化菌种（如引入耐热反硝化基因），或探索与膜生物反应器（MBR）的耦合工艺，以进一步提升稳定性。
结论
菌-藻共聚体通过代谢协同、温度适应及短程反硝化等机制，实现了反硝化效率的显著提升。这一创新不仅突破了传统工艺的碳源依赖和二次污染瓶颈，还为废水处理提供了可持续解决方案。随着微生物组学与合成生物学的发展，其应用潜力将进一步释放，推动环境工程向高效、低碳方向迈进。
（来源 微信视频号：WATERCNWW1985）
（1000多位水行业专家精彩报告分享！扫描视频号二维码关注后，可以免费听报告）
中国给水排水2026年大会主办协办技术报告邀请
分享是最大的支持 关注是最好的鼓励
关注公众号视频号后可获“大礼包”——观看1000多位行业专家技术报告！
