近日，北京林业大学环境学院党岩教授课题组完成的一项基于直接电子传递深度脱氮的研究，以“Evidence of autotrophic direct electron transfer denitrification (DETD) by Thiobacillus species enriched on biocathodes during deep polishing of effluent from a municipal wastewater treatment plant”为题发表在一区期刊《Chemical Engineering Journal》上（IF="13.3”）。
由于市政污水水量较大，污水处理厂（WWTPs）持续排放的含氮污染物（主要为硝酸盐），对生态系统健康构成重大威胁。污水处理厂二级出水中电子供体不足，为实现污水处理厂的深度脱氮需要引入外源电子供体来促进反硝化过程。微生物电解池（MEC）是一种有前景的途径，能以可控和环境友好的方式为反硝化提供电子。本研究在微生物电解池生物阴极表面富集了电活性自养反硝化菌Thiabacillus，探讨了在低C/N污水条件下直接电子传递反硝化（DETD）的有效性，DETD系统的氮去除效率超过93%。
通过宏基因组和宏转录组分析，揭示了生物阴极的微生物群落结构及与自养反硝化直接电子获取相关的关键基因。在DETD条件下，Thiabacillus编码外膜c型细胞色素蛋白(Omc1, Omc2)和孔蛋白(OmbA)的基因显著上调。研究表明，一旦电子被周质细胞色素接受，电子就可以被转移到位于内膜中的细胞色素bc复合物上，该复合物由c型细胞色素（OJZ16755）、b型细胞色素和铁硫亚基组成。细胞色素bc复合物能够从脂溶性泛醌中接受电子，并参与由细胞外膜向内膜转移电子的过程。这些发现为研究DETD机制提供了有价值的见解，并为工程应用提供了实用指导，对提高市政污水处理的效率具有重要意义。
环境学院的博士研究生李浩永为第一作者，党岩教授和邱斌教授为通讯作者，北京林业大学为第一完成单位。
该项研究得到国家自然科学基金（No. 52270023），中国宝武低碳冶金创新基金（No.BWLCF202214）和北京林业大学工程研究创新团队项目（No.BLRC2023B04）的资助。
