生物炭在碳限制条件下对部分反硝化-厌氧氨氧化的稳定调控作用及机制解析

《Bioresource Technology》：Metagenomic insights revealing the stabilizing regulatory role of biochar in partial denitrification–anammox under carbon-limited conditions

本综述系统阐述了生物炭作为电子媒介在低碳氮比条件下对部分反硝化-厌氧氨氧化（PD/A）体系的稳定调控机制。通过增强功能微生物（如Thauera和Candidatus Brocadia）的代谢活性、促进电子传递链运作及胞外聚合物（EPS）分泌，生物炭有效提升了脱氮效率与系统稳定性，为低碳源污水处理的工程优化提供了新策略。

　　

Section snippets

Biochar preparation and characterization

竹粉（80目）经105°C干燥24小时后，在400°C马弗炉中热解2小时（升温速率10°C/min）。冷却后，使用去离子水清洗生物炭至pH为7.5±0.5，再次干燥并储存于干燥器中。选择竹材因其高孔隙率，400°C热解温度则平衡了氧化还原功能与稳定性。

Long-term nitrogen removal performance

平行操作R₀（空白）与R_BC（生物炭强化）反应器84天，经历三个运行阶段。

阶段I：在进水NH₄⁺-N和NO₃^?-N平均浓度分别为47.45 mg/L和50.97 mg/L、C/N=2.8条件下，两反应器均快速启动，7天内总氮去除率（TNRE）超90%。 effluent中NO₂^?-N可忽略积累，证实该策略有效缓解了亚硝酸盐累积风险。

Conclusion

本研究表明，生物炭添加通过促进电子传递和调控微生物互作，自适应地增强了不同C/N条件下PD/A系统的性能。生物炭富集了Thauera和Ca. Brocadia等功能微生物，调节了碳代谢、氮转化途径及电子传递过程，从而提升脱氮效率。这些发现凸显了生物炭作为可持续策略优化PD/A工艺的潜力。