近日，生命与环境科学学院金仁村教授团队梳理了重金属对厌氧氨氧化 (anammox) 过程的影响及相应修复策略方面的研究进展，相关成果以 ”A review of heavy metals inhibitory effects in the process of anaerobic ammonium oxidation” 为题发表在Journal of Hazardous Materials (IF: 10.588) 上。

近年来，anammox工艺因其高效低耗、环境友好的特点，在废水生物脱氮领域展现出了良好应用前景。Anammox工艺主要依赖anammox菌将氨氮，亚硝氮转化成无污染的氮气，其在处理如垃圾渗滤液，半导体工业废水，蓄禽养殖废水等高氮碳比废水过程中效果显著。然而，anammox菌生长缓慢，细胞产率低，且极易受到环境因素影响，因此在应用于工业废水处理时受到一定限制。

重金属是一类具备生物累积效应的污染物，人类工业活动如采矿以及皮革制造等过程中均会产生较高浓度的重金属废水。Anammox工艺虽然可以在一定程度上处理含重金属废水，但一旦超过其承受阈值，重金属就可能会给微生物生长带来不利影响。但是重金属影响anammox工艺运行性能的程度以及背后的致毒机制如何仍然有待研究。本文着重梳理了重金属对anammox工艺运行性能的影响以及重金属胁迫下anammox菌的响应机制，并总结了相应的修复缓解策略。

根据重金属离子对anammox污泥的毒性强弱，可分为高毒性、中毒性及低毒性几大类。短期暴露实验表明，高毒性的Hg²⁺和Cd²⁺具有持久性毒性，Cu²⁺和Zn²⁺具有可逆性毒性。长期连续流实验结果表明anammox污泥对单一重金属离子具有一定抗性，但是对混合重金属离子的抵御能力较弱。

金属离子主要通过三个阶段进入anammox污泥内：胞外吸附，跨膜运输，及胞内富集。由于胞外聚合物 (Extracellular Polymeric Substances, EPSs)的作用，微生物细胞表面可吸附大量金属离子。EPSs主要包含蛋白质，多糖，和腐殖酸，蛋白质为金属离子的结合提供了大量官能团和结合位点（甲基，氨基，磷酸，巯氢基等）。金属离子和这些官能团结合后，通过非特异性浓度梯度扩散进入细胞，与核酸和酶活性位点结合，导致细胞膜完整性遭到破坏。以锌离子为例，anammox污泥可通过基质降解、Zn²⁺外排、络合反应、DNA修复、蛋白质降解以及蛋白质合成和信号传导等自我策略调整来抵御胁迫。

重金属离子进入anammox系统过程

为了缓解重金属离子对anammox工艺的抑制，研究人员也采取了很多措施降低抑制作用：金属和微生物通过弱酸性有机官能团结合，通过严格控制环境pH，减少金属离子与微生物结合 (metal-solid system)；利用化学手段使金属离子与无机物或有机物络合沉淀，以减少可进入微生物的金属离子；通过物理作用低强度超声联合EDTA冲洗，强化细胞本身对金属离子的抵御能力；除了微生物分泌的EPSs外，anammox生物聚集形成生物膜或颗粒污泥，也可以缓解金属离子的抑制作用。

Zn²⁺胁迫下anammox可能存在的适应策略

生命与环境科学学院科研助理张茜为论文第一作者，金仁村教授为论文通讯作者，杭州师范大学为第一完成单位。课题得到了国家自然科学基金的资助与支持。

人物简介：

金仁村，浙江省“杰出青年基金”获得者，浙江省“万人计划”青年拔尖人才、入选中国高被引学者（2021，爱思唯尔）、全球前 2%科学家榜单（2020-2021，斯坦福大学）、全球顶尖前 10 万科学家名单（2021，2022），为中国微生物学会环境微生物学专委会委员、中国生态学学会微生物生态学专委会委员、浙江省环境科学学会常务理事、美国水环境协会(WEF)会刊 Water Environ. Res.副主编。获授权国家发明专利70余件（已转化12件）。

张茜，生命与环境科学学院科研助理，研究方向为水污染控制工程及资源化。