面对全球每年上亿吨的污泥产量和“双碳”目标下的减排压力，一种被誉为下一代污水处理“王牌”的厌氧氨氧化技术，却因核心“菌种”培育缓慢而步履维艰。如今，这一长达三十年的瓶颈，迎来了一次革命性的破解。
同济大学环境科学与工程学院王亚宜教授团队的一项创新研究，如同为污水污泥的“废物命运”点石成金，开启了一条“以废治废”的高速通道。团队提出的 “硝酸盐驱动的原位氧化” 策略，成功将普通污水厂污泥快速升级为高活性厌氧氨氧化种泥，将传统长达数月的培育周期大幅缩短。这项直击行业痛点的研究成果，已于2025年9月17日正式发表在顶级期刊《自然·可持续发展》（Nature Sustainability）上，为全球污水处理的减污降碳协同增效提供了全新的中国方案。
01 困局：一项“王牌”技术，为何被“种子”卡住脖子？
要理解这项突破的价值，首先得认识厌氧氨氧化技术本身。这是一种被全球环保界寄予厚望的低碳脱氮技术，被誉为未来污水处理厂的“心脏”技术。其原理简单来说，是在厌氧条件下，让微生物（厌氧氨氧化菌）直接利用氨氮和亚硝酸盐氮进行反应，最终生成无害的氮气。与传统工艺相比，它无需额外投加有机碳源，可节省60%的曝气能耗，并减少90%的剩余污泥产量，完美契合“减污降碳”的国家战略。
然而，这项技术的工程化应用，却长期被一个最基础的环节牢牢锁住咽喉——种泥（即含有大量厌氧氨氧化菌的污泥）培育极其困难。厌氧氨氧化菌生长极为缓慢，其倍增时间约为2周，且对环境波动异常敏感，导致高活性种泥的富集培养动辄需要半年甚至更久，成本高昂且效率低下。这严重制约了该技术在全球范围内的大规模推广，形成了一种“前景广阔，但举步维艰”的尴尬局面。
02 破局：灵感源于自然，化“污泥”为“菌种”的创新策略
既然直接“种菌”太难，能否“就地取材”，将现成的、大量的污水厂厌氧消化污泥，直接转化成我们需要的种泥呢？王亚宜教授团队从自然界和工程实践中获得了关键灵感。
研究团队观察到，在早期研究和河湖底泥修复过程中，硝酸盐的加入能够显著刺激厌氧氨氧化菌的生长。受此启发，团队提出了一个大胆的猜想：能否利用硝酸盐作为“启动开关”，激活污泥中复杂的微生物群落，让它们“自力更生”地为厌氧氨氧化菌创造生存条件？
基于此，团队设计了一种巧妙的 “两步走”原位氧化策略：
第一阶段（硝酸盐驱动期）：向装有普通污水厂污泥的反应器中，仅投加硝酸盐。硝酸盐的加入，像一把钥匙，激活了污泥中原本存在的反硝化菌、硫氧化菌等微生物。这些微生物利用污泥自身释放的有机物、硫化物、甲烷等作为“食物”（电子供体），将硝酸盐还原为亚硝酸盐。
第二阶段（厌氧氨氧化富集期）：当亚硝酸盐积累到一定程度后，切换进水为氨氮和亚硝酸盐。此时，前期创造出的富含亚硝酸盐的微环境，与污泥释放的氨氮完美匹配，为“沉睡”或稀少的厌氧氨氧化菌提供了“从天而降”的盛宴，从而诱导其快速增殖。
03 验证：效率飞跃，数据揭示颠覆性效果
在严格的对照实验中，新策略的优越性得到了淋漓尽致的展现。
培育速度的“数量级”差异：采用新策略的实验组，在第17天就开始出现明显的厌氧氨氧化反应迹象，并在3个月内形成了成熟的厌氧氨氧化颗粒污泥。而采用传统方法直接培养的对照组，直到第47天才出现微弱反应，且始终未能形成高质量的种泥。
处理效能的“飞跃式”提升：长期稳定运行后，两组反应器虽都能达到90%以上的总氮去除率，但体现核心处理强度的总氮去除速率指标上，实验组比对照组高出70%。这意味着，用新方法培育的种泥，其反应活性和处理效率实现了质的飞跃。
机制揭秘：一场精妙的微生物“接力赛”：宏基因组学分析揭示了背后的微观世界奥秘。硝酸盐的加入，启动了一场由多种功能微生物参与的“接力赛”。反硝化菌等先行者将硝酸盐转化为亚硝酸盐，为厌氧氨氧化菌这位“主角”搭建好舞台并提供“口粮”。这种协同共生机制，是快速培育成功的关键。