生物炭负载纳米零价铁强化脱氮副球菌去除硝酸盐及微生物代谢特征解析

纳米零价铁 (nZVI) 与反硝化菌等微生物的耦合在河湖硝酸盐修复领域具有应用潜力,但存在nZVI生物毒性较强、颗粒易团聚等问题,将其负载到载体材料上可以有效缓解以上问题。其中生物炭负载nZVI材料在促进硝酸盐去除方面表现出优越性能,但现阶段该材料强化反硝化菌生物脱氮的机制尚不明确。本研究制备了代表性生物炭负载纳米零价铁材料 (BC/ZVI) ,接着采用反硝化模式微生物脱氮副球菌 (Paracoccus denitrifican BNCC336866) 为实验菌种,构建系列批次实验考察BC/ZVI强化脱氮副球菌硝酸盐去除过程,结果表明ZVI的还原作用可贡献硝酸盐总去除量的5.3%~15.6%。
相较于仅添加脱氮副球菌的对照组,BC、ZVI和BC/ZVI的添加不同程度上强化了体系的脱氮效能。最后通过非靶向代谢组学分析证实BC/ZVI主要从促进脱氮副球菌的跨膜转运过程、物质代谢和能量供应、蛋白质和细胞壁的合成等方面增强脱氮副球菌细胞生长与增殖,从而强化其脱氮过程。