《Bioresource Technology》：Spatiotemporally targeted electron-donor impulse dosing sustains carbon-efficient partial nitritation–partial denitrification–anammox nitrogen removal
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在整个56天的投药期间，TNRE平均值为94.4 ± 5.9%。
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在单级PN/A反应器
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在整个56天的投药期间，TNRE平均值为94.4 ± 5.9%。
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在单级PN/A反应器中，使用了单独的供体入口进行脉冲式投加。
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相结束时，anammox的活性平均为0.64 g N g?1 MLVSS d?1。
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在三个相结束样本中，供体napA/B的丰度有所增加。
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在56天内，每去除1克氮，外部供体的输入量为0.94–0.96克COD当量。
引言
在“双碳”策略下，越来越需要通过较低的碳输入、减少的能量消耗和更高的工艺效率来实现氮的去除（Maktabifard等，2023年；Zhang等，2025年）。传统的生物脱氮方法依赖于向整个反应器添加大量或连续的电子供体，这通常导致供体消耗过多、利用率低，以及异养和自养微生物之间的竞争加剧（Yang等，2023年）。这种非选择性的投加不仅增加了处理系统的碳足迹，还破坏了低碳脱氮过程的稳定性（Li等，2025年）。单级部分亚硝化-anammox（PN/A）工艺是一种具有最低外部电子供体需求的有前景的低碳技术（Lackner等，2014年）。然而，单级PN/A仍受限于其对自养氮转化的依赖，这往往导致氮去除不完全和出水中的硝酸盐积累（Wang等，2022a）。同时，在有机物压力下，过量的有机物质会增强异养活性，并干扰气升式内循环分离生物反应器（AIPBR）型单级PN/A系统中的自养氮去除途径（Yang等，2023年）。
在本研究中，我们将时空靶向的电子供体脉冲投加（STID）定义为在选定的投药点和操作时间窗口内输送有限的电子供体脉冲，而不是仅仅将供体视为整体进水成分。这种设计旨在创造局部化的供体暴露，有利于通过部分反硝化（PD）实现硝酸盐向亚硝酸盐的转化，同时避免不必要的整个反应器暴露于有机物中，这可能会加剧基于anammox系统的异养和自养种群之间的竞争（Yang等，2023年；Wu等，2024年）。通过改进供体可用性与硝酸盐还原生态位之间的空间和时间匹配，STID可能支持单级PN/A系统中的部分反硝化（Wang等，2020a；Ji等，2025年；Zheng等，2025年）。
尽管外部电子供体的添加已被广泛用于增强硝酸盐的去除和支持PD/anammox耦合，但大多数现有策略主要通过整体进水添加、碳氮比（C/N）调整或反应器操作的阶段性调整来调节供体供应，而不是通过供体输送的空间定位和脉冲定时（Li等，2022年；Lin等，2026年；Xing等，2025年）。这些方法可以改善氮的去除效果，但它们可能需要相对较高的供体输入量，使整个反应器暴露于有机底物，或依赖于不连续的相分离，从而限制了它们在连续单级PN/A系统中匹配供体可用性与硝酸盐还原生态位的能力。在这个框架内，AIPBR为空间功能分化和微生物聚集提供了有利的水动力和氧化还原条件，使其成为测试靶向供体输送的理想平台（Chen等，2022a；Wang等，2022b）。然而，关于在低供体输入下，空间定义和时空脉冲供体输送是否能够维持高氮去除效果以及保持PN/A活性，目前了解仍然不足。值得注意的是，AIPBR型分离反应器、颗粒污泥或生物膜系统提供的空间结构代表了一种被动的空间分化形式；本研究则侧重于主动选择电子供体入口点，并结合间歇性脉冲定时作为明确的设计元素（Chen等，2022a；Yang等，2023年）。
在之前关于靶向投加的研究（Lin等，2026年）的基础上，本研究检查了在连续操作过程中，从仅PN/A转换到添加NaAc的过程中，氮去除响应是否可以重复。在156天的实验中评估了三次这样的转换。通过两个反应器位置的微生物群落动态采样和功能基因丰度的宏基因组测量，来评估PN/A反应器中对局部供体输送的微生物和功能性响应。特别关注的是，在维持PN/A活性的同时，供体辅助的硝酸盐还原是否可以改善亚硝酸盐的供应。在合成废水和适中温度的实验室条件下，评估了STID的可行性和供体输入需求，为未来在真实废水和动态操作条件下的验证提供了概念验证基础。
章节摘录
实验装置和模拟废水
AIPBR的实验装置如图1所示。该反应器由聚乙烯制成，工作体积为4.5 L，由五个部分组成：一个倒置的三角形污泥分离器、一个内圆筒、一个圆柱形导轨、一个外圆筒和一个水浴。通过曝气泵提供曝气，曝气点位于反应器底部。使用速度可控的蠕动泵将合成废水送入AIPBR。水浴保持...
总体性能
图2总结了156天AIPBR运行期间的氮去除性能，其中包括三个仅PN/A阶段和随后的NaAc添加阶段。在阶段I（第1-16天），仅PN/A阶段的氨去除效率（ARE）为89.8 ± 6.3%，氨氧化速率为0.30 ± 0.01 kg N·m?3·d?1，而出水中的NO3?–N浓度达到63.78 ± 4.14 mg/L，硝酸盐产生率（NPR）保持在25%到35%之间，导致总氮...
结论
STID在连续的单级PN/A运行期间支持了高氮去除效果，并且在三次从仅PN/A到添加NaAc的转换过程中这种响应得到了重复。在156天的实验中，56天的NaAc投药期间的平均TNRE为94.4 ± 5.9%，而仅PN/A运行期间为61.8 ± 11.6%。相结束活性分析显示，在投药期间anammox和氨氧化仍然活跃，而16S rRNA基因测序检测到了Nitrosomonas、Ca. Brocadia和Thauera...
在准备本手稿的过程中，作者使用了OpenAI的GPT-6模型进行语言润色和手稿格式化。作者根据需要对手稿进行了审查和编辑，并对其内容承担全部责任。
CRediT作者贡献声明
Hong Chen：写作——原始草稿、方法论、调查、数据管理。 Chengcheng Lin：写作——原始草稿、方法论、形式分析。 Yanxiao Wei：写作——审稿与编辑、写作——原始草稿、方法论、概念构思。 Jiayuan Ji：验证、资源管理、调查。 Hanbo Yu：调查、数据管理。 Sha Wu：验证、资源管理。 Zhihua Liu：资源管理、调查。 Lixiu Shi：资源管理、调查。 Jing Chen：调查。 Junyi Wang：资源管理。
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报道工作的利益冲突或个人关系。
在准备本手稿的过程中，作者使用了OpenAI的GPT-5模型进行语言润色和格式检查。作者审查并编辑了语言建议，并对手稿的科学内容承担全部责任。本工作得到了国家关键研发计划（2026YFE0155400）、中国湖南省科学技术厅（2023SK2072）和人力资源社会保障部（H20240365）的支持。
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