黑水是由粪便、尿液和清洗水构成的一类生活污水，氮、磷和有机污染物浓度高，在进入污水处理厂前一般要经过预处理，以降低其污染物浓度。目前，黑水预处理主要采用以三格式化粪池为主的厌氧处理技术，虽然对有机物具有一定的去除，但对氮、磷等物质的去除率很低。因此，采用适当措施改造三格式化粪池，实现黑水中有机物、氮、磷同步高效去除，对降低其后续处理单元负荷、提高城市污水总体处理效率具有重要的现实意义。

基于此，北京市科学技术研究院资源环境研究所水资源研发中心科研团队基于前期开发的铁基催化供电子生物载体（ICGC载体），改造三格式化粪池，构建了厌氧-好氧-缺氧折流板反应器（IC-AOABR）。该系统结合厌氧消化、好氧硝化和缺氧反硝化过程，并通过ICGC载体增强厌氧消化和反硝化过程。通过厌氧消化提高黑水的生物降解性，在好氧-缺氧阶段利用黑水中的有机物和ICGC载体提供的无机电子供体，实现同步异养自养反硝化，而无需硝化液回流。

图1. 最佳运行条件下，IC-AOABR反应器进出水中NH₄⁺-N、TN、COD、TP浓度及COD、TN和TP的去除率

图2. 不同门、属的微生物相对丰度及基于Illumina®Miseq 16S rRNA测序的菌属热图

研究发现，在最佳操作条件下，经长期运行，IC-AOABR中TN、NH₄⁺-N、TP和COD的去除率分别为71.9%、60.5%、93.3%和85.2%（如图1所示）。其中，以ICGC载体为电子源的自养反硝化占总脱氮量的36.3%，这表明有机物和ICGC载体释放的无机电子供体能够实现同步自养异养反硝化。此外，研究了ICGC载体强化作用下参与厌氧消化和自养反硝化的微生物群落结构及功能微生物（如图2所示），发现厌氧消化、氨氧化、硝化和异养反硝化和自养反硝化功能微生物广泛存在于IC-AOABR系统中，而ICGC载体在提高IC-AOABR不同区域功能微生物的丰度方面发挥了显著作用。

图3. 论文发表期刊、题目、作者等信息

本工作以“Iron-carbon galvanic cells enhance an anaerobic-aerobic-anoxic baffled reactor pretreatment for simultaneous organic and nitrogen removal from decentralized black water”为题发表于Journal of Environmental Chemical Engineering期刊 (JCR一区，影响因子7.7) ，如图3所示。胡智丰博士是本论文的第一作者和通讯作者，张忠国研究员为共同通讯作者。本工作得到了国家重点研发计划(2022YFC3203003)、国家自然科学基金青年基金项目（5240101112）和北京市科学技术研究院创新培育项目（24CB002-03）资助。