图文摘要

该研究通过创新的硝酸盐驱动氧化策略，成功地将污水污泥转化为有价值的anammox菌种，为可持续废水处理提供了新的思路。这一发现不仅解决了anammox技术大规模实施中的种子来源问题，还展示了微生物资源再利用的巨大潜力。然而，如何进一步优化这一过程，提高其效率和稳定性，仍然是未来研究的重要方向。

重要结论

污水污泥的再利用：污水污泥作为废水处理的副产物，可通过硝酸盐驱动氧化策略快速转化为有价值的anammox菌种，为可持续废水脱氮提供微生物资产。

硝酸盐驱动氧化策略的优势：相比直接添加亚硝酸盐，使用硝酸盐作为氧化燃烧促进剂更稳定、更易于管理，减少了过程不稳定性和毒性影响。

环境效益与商业化潜力：该策略不仅具有环境效益，还为菌种的保存、重新激活和商业化提供了可能性，有助于促进技术转移和实际应用。

解决种子来源有限的问题：该研究提供了解决anammox技术大规模实施中种子来源有限问题的方案，加速了anammox技术在未来的广泛部署。

主要内容

1.厌氧氨氧化（anammox）细菌作为生物废水脱氮领域的变革者，正在现实应用中展现出巨大潜力。

研究人员报告了一项策略，即从污水污泥中快速生产有价值的anammox菌种。污水污泥是废水处理的不可避免的副产物，预计到2025年，全球年产量将超过1亿湿吨。污水污泥富含有机物，常被视为可通过厌氧消化等过程回收生物能源的资源。

生物能源回收后，剩余污泥有望进一步升级为增值产品，如可用作土壤改良剂的生物固体。然而，即使经过厌氧消化，污水污泥仍可能含有重金属和病原体等有害物质，对健康和环境构成风险，从而限制了其在农业和其他领域的商业应用。由于大多数水务公司缺乏产品营销框架，将污泥衍生资源重新用于水务公司内部似乎是污泥价值提升的有利途径。

值得注意的是，污水污泥是一个由多种微生物组成的集合体。这种富含微生物的污泥可以被升级为微生物工厂，生产菌种以解决可持续废水处理中最紧迫的挑战之一。

先前在《Nature Sustainability》杂志上，Sheng等人提出了一种简单、经济且高效的方法，通过快速将污水污泥转化为anammox菌种，为可持续废水脱氮提供了有价值的微生物资产。

该策略的核心是使用硝酸盐作为氧化燃烧促进剂，点燃污泥中丰富的内源性还原燃料，如有机物、硫物种和铵。加入硝酸盐后，混合营养反硝化菌利用硝酸盐氧化污泥中的有机物和硫物种，生成亚硝酸盐作为产物。

亚硝酸盐与污泥释放的铵共同为anammox培养创造了有利条件。通过这种“硝酸盐驱动氧化”策略，在17天内观察到了anammox现象的开始，并在90天内将污水污泥转化为粉红色的anammox菌种。

与传统观念认为anammox细菌生长需要直接提供亚硝酸盐不同，该策略使用硝酸盐。众所周知，anammox细菌对亚硝酸盐的毒性作用敏感。

因此，大多数先前涉及直接添加亚硝酸盐的努力，包括本研究中的对照实验，常常因偶尔的亚硝酸盐积累而导致过程不稳定。相比之下，硝酸盐的毒性要低得多，使得硝酸盐驱动氧化策略在初始富集阶段更易于管理和稳定，尤其是在anammox活性

2.环境效益与未来展望

硝酸盐驱动氧化策略具有环境效益。菌种生产后，另一个关键考虑因素是其保存和重新激活，特别是如果要将其作为微生物产品商业化。扩大过程规模对于证明实际可行性和促进技术转移总是至关重要的。从根本上说，这些发现为探索工程系统中微生物竞争、合作和演替的动力学以及相关调控机制提供了平台。进一步研究可能会对不同环境中的微生物生态学产生更广泛的见解，因为类似现象在自然界中也已被观察到。anammox工艺已开发三十余年。大多数实验室研究集中在优化其操作上，但大规模实施面临着种子来源有限的额外挑战。此处提供的解决方案使我们能够设想在不久的将来更广泛、更快速地部署anammox技术。

展望

优化过程条件：研究不同污泥成分、硝酸盐浓度和反应条件对anammox菌种生产的影响，以优化过程效率和稳定性。

菌种保存与激活机制：深入探索anammox菌种的保存和重新激活机制，为其商业化应用提供科学依据。

扩大规模与应用：在中试或工业规模上验证该策略的可行性，探索其在不同废水处理场景中的应用潜力。

微生物生态学研究：利用该策略作为平台，深入研究工程系统中微生物竞争、合作和演替的动力学，为微生物生态学领域提供新的见解。

来源：环境污染与微生物 Envir-Cont & Micro

通讯单位：香港理工大学

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