综述：单级部分亚硝化-厌氧氨氧化系统中氧供给与控制策略对废水自养脱氮的批判性综述

这篇综述深入探讨了单级部分亚硝化-厌氧氨氧化（PN/A）系统中氧供给与控制的平衡策略，强调通过间歇曝气（intermittent aeration）和连续低氧曝气（continuous low-rate aeration）优化溶解氧（DO）浓度，以协调氨氧化菌（AOB）、厌氧氨氧化菌（AnAOB）与亚硝酸盐氧化菌（NOB）的竞争关系，提升脱氮效率（NRE）并降低能耗。文章还提出未来需结合微生物生态学与实时调控技术，推动PN/A工艺的规模化应用。

　　

氧对AnAOB的毒性及解毒机制

目前已鉴定出12属厌氧氨氧化菌（AnAOB），如Candidatus Brocadia和Candidatus Kuenenia，均属于浮霉菌门（Planctomycetales）。传统认为AnAOB是严格厌氧菌，但其部分菌株可通过合成超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）抵御低浓度氧胁迫。例如，Candidatus Kuenenia stuttgartiensis在0.5%氧分压下仍能存活，而Candidatus Brocadia sinica甚至能在微氧条件下（DO <0.1 mg/L）维持代谢活性。这种适应性源于其独特的细胞结构——厌氧氨氧化体（anammoxosome），其膜脂含梯形烷（ladderane）可限制氧扩散，同时细胞色素c氧化酶（Cytochrome c）参与氧解毒。

连续曝气策略的实践与局限

多数PN/A系统采用连续低氧曝气（DO 0.1–0.3 mg/L）维持AOB活性并抑制NOB。例如，某处理高氨氮废水（NH₄
⁺
-N >300 mg/L）的序批式反应器（SBR）通过控制氧传递系数（K_L
a）为12.5 d^-1
，实现氮去除率（NRE）达85%。然而，连续曝气易导致DO分布不均，引发NO₂
^-
-N积累（>10 mg/L）或AnAOB活性抑制。

间歇曝气的动态平衡优势

间歇曝气通过周期性开关曝气（如开5 min/关15 min）创造交替的缺氧-好氧环境。某中试研究显示，该策略使AnAOB占比提升至30%，同时NOB丰度降至5%以下。关键参数包括曝气时长比（通常1:3至1:4）和DO峰值（≤0.5 mg/L）。但过度延长缺氧期可能导致NH₄
⁺
-N转化不足，需结合在线监测（如ORP或pH）动态调整。

新型氧调控技术的突破

微孔膜曝气（MABR）通过疏水膜表面微孔（孔径0.1–0.3 μm）实现DO精准投加，较传统曝气节能40%。另一项研究采用机器学习算法预测DO需求，将NRE波动范围从±15%缩小至±5%。此外，生物电化学系统（BES）利用阳极产氧特性，在阴极区富集AnAOB（相对丰度达45%），展现协同增效潜力。

未来研究方向

需重点解析AnAOB与伴生菌（如Chloroflexi）的互作网络，开发基于宏基因组（metagenomics）的实时调控模型，并优化反应器流态设计（如多层复合生物膜反应器）以提升氧利用率。

结论

单级PN/A系统的成功依赖于氧供给的精准时空控制。传统策略虽有效但存在局限性，而创新技术如MABR和BES为工艺升级提供了新思路。未来需跨学科合作解决微生物生态与工程实践的衔接问题，推动这一绿色技术在全球废水处理中的广泛应用。