电位调控定向富集反硝化生物膜及脱氮效能研究

为了探究不同电位下生物电极的反硝化效能、氮素转化途径以及相应的微生物菌群功能,构建了多工作电极的套筒型生物电化学系统装置,并对工作电极分别施加-0.3、-0.5和-0.7 V恒电位。结果表明,在-0.3、-0.5和-0.7 V条件下,电极最大电流密度分别为36.91、241.92和476.41 mA/m^(2),反硝化速率分别为0.88、1.02和1.11 mg/(L·h)。更负的电位有利于微生物利用电极获得电子促进反硝化过程。电极电位调控促进了微生物群落结构的差异分化,3个电位下微生物菌群中占优势菌门均为Proteobacteria、Bacteroidota和Actinobacteriota,优势菌属分别为Chryseobacterium(31.35%)、Unclassified Comamonadaceae(34.22%)和Azoarcus(16.53%)。此外,电极电位调控也会影响反应机理和关键功能基因表达。-0.7 V电位更有利于napAB基因表达,通过细胞色素电子转移路径进行反硝化,而在-0.3、-0.5 V电位下更利于微生物通过narGHI基因的表达进行电子转移完成反硝化。