《Bioresource Technology》：Anammox-driven advanced nitrogen removal from high-strength ammonia wastewater: Multi-pathway synergism and microbiome spatial remodeling
编辑推荐：
•建立了一个以厌氧氨氧化为核心的A/O IFAS系统。•在无需外加碳源的情况下处理MLL，实现了98.2%的氮去除率和29.1 mg/L的出水TN。•首次通过15N标记法定量了全系统多途径氮去除的贡献。•好氧区作为功能热点，贡献了89.4%的TN去除。•AnAOB从絮体向生物
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建立了一个以厌氧氨氧化为核心的A/O IFAS系统。
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在无需外加碳源的情况下处理MLL，实现了98.2%的氮去除率和29.1 mg/L的出水TN。
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首次通过15N标记法定量了全系统多途径氮去除的贡献。
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好氧区作为功能热点，贡献了89.4%的TN去除。
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AnAOB从絮体向生物膜载体发生了空间迁移和富集。
引言
高效处理高浓度氨氮废水仍然是水污染控制领域的一项重大挑战。此类废水广泛来源于垃圾渗滤液、污泥脱水液以及水产养殖和化肥生产等工业过程（Kang et al., 2023, Wu et al., 2022b）。其典型特征为极高的氨氮浓度（通常超过1000 mg/L）和极低的碳氮比（C/N）（Wu et al., 2022a）。以成熟垃圾渗滤液为典型代表，它通常来源于运行十年以上的垃圾填埋场，表现出高氨氮负荷、可生化有机碳严重不足（BOD5/N比值通常低于0.1）以及大量难降解有机物和抑制性物质的存在（He et al., 2023, Wang et al., 2023b）。传统的硝化-反硝化工艺在处理此类废水时受到根本性限制，面临着曝气能耗高、对外加碳源需求大以及氮去除效率天然低下等瓶颈。因此，开发高效、低能耗的生物技术对于高氨氮废水的可持续处理至关重要。
厌氧氨氧化（anammox）工艺的问世为生物脱氮提供了一种革命性的替代方案。该过程由厌氧氨氧化菌（AnAOB）在缺氧条件下以亚硝酸盐为电子受体将氨氧化为氮气而实现，同时产生少量硝酸盐（Kartal et al., 2010）。作为一种自养生物过程，厌氧氨氧化具有颠覆性优势：耗氧需求低、无需有机碳源、污泥产量少、温室气体排放低，从而带来显著的经济和环境效益（Zhao et al., 2026）。目前，部分硝化-厌氧氨氧化（PNA）工艺，通常结合游离氨（FA）和游离亚硝酸（FNA）控制策略，已被广泛应用于处理高氨氮废水（Naufal & Wu, 2024）。此外，为实现深度脱氮，已有研究（Zhang et al., 2024b）将部分反硝化-厌氧氨氧化（PDA）与PNA耦合，以进一步消除高氨氮负荷下产生的硝酸盐副产物。特别是在MLL处理中，通常需要两级甚至三级生物反应器配置才能满足氮排放标准（Cheng et al., 2023, Xiong et al., 2024）。此外，垃圾渗滤液中复杂的组成和高浓度有机物对生长缓慢且环境敏感的AnAOB可能产生抑制作用，导致运行性能不稳定甚至工艺崩溃（Wu et al., 2022a）。鉴于AnAOB的附着生长习性，许多研究（Bicelli et al., 2023, Wang et al., 2024b）已采用集成固定床生物膜-活性污泥（IFAS）系统并配以生物膜载体来增强功能稳定性并促进生态位分化（Peng et al., 2018）。
然而，将基于厌氧氨氧化的工艺应用于实际MLL处理仍面临若干挑战。在不额外投加碳源的情况下，如何通过PNA和PDA的协同作用在单级反应器中增强自养脱氮以实现深度脱氮去除，仍有待进一步阐明，其关键运行参数需要进行系统研究。此外，先前的研究（Du et al., 2023）表明，作为厌氧微生物的AnAOB在纯絮体污泥系统的缺氧区中可贡献总氮去除量高达75%；然而，它们在IFAS系统中的空间分布和功能热点位置尚不清楚。值得注意的是，在现有研究中（Sun et al., 2024），由于碳氮同步去除，好氧区中同步硝化反硝化（SND）和厌氧氨氧化的脱氮贡献难以准确量化和区分，这阻碍了对脱氮途径的机制理解。此外，处理高氨氮废水的IFAS系统中关键功能微生物的演替动态和代谢活性也有待全面研究。
本研究建立了一个单级A/O IFAS连续推流式生物反应器用于处理MLL，旨在评估以厌氧氨氧化为核心的脱氮策略的可行性。具体目标为：(1) 研究实现最佳营养物去除性能的关键运行参数，并阐明IFAS系统中功能微生物的协同机制；(2) 追踪营养物去除的长期性能以及微生物丰度和活性的动态变化；(3) 基于同位素标记和离位批次试验建立计算模型，解析并量化氮转化网络及各途径的贡献，从而全面评估系统的功能热点和脱氮机制；(4) 阐明絮体和生物膜中微生物群落的时空演替和迁移模式，以及它们在A/O构型中各自的功能角色。
章节摘要
实验装置与废水特性
本实验所用装置为一个有效容积为10.5 L的连续流A/O IFAS生物反应器（详见补充材料），连接一个3.5 L的竖流式沉淀池。主A/O反应器被挡板均分为八个隔室，各隔室之间通过淹没式溢流口相连。第一个隔室（A1）作为缺氧区，其后七个隔室（O2至O8）作为好氧区。在
A/O反应器的长期运行性能
处理MLL的反应器连续稳定运行了223天，长期营养物去除曲线如图1所示。为逐步使污泥驯化适应垃圾渗滤液并逐步提高进水浓度，原始渗滤液最初与自来水进行稀释。各阶段的进水特征详见补充材料。
在第一阶段（第1–46天），A/O反应器的HRT仅为1.2天，好氧区的DO为
结论
本研究成功开发了一种以厌氧氨氧化为核心脱氮工艺的A/O IFAS系统用于处理低C/N比MLL，并全面评估了其运行策略和污染物去除机制。主要结论如下：
(1) 通过协同调节运行参数，在223天长期运行且无需外加碳源的情况下，系统出水TN低至29.1 ± 4.3 mg/L，ARE为99.4 ± 0.6%，NRE为98.2 ± 3.5%。
CRediT作者贡献声明
Haoran Liang：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 初稿。Jinjin Liu：获取资金。Zhaozhi Wang：调查研究。Jiahui Wang：调查研究。Hecai Liu：方法学。Yongzhen Peng：概念化。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本工作得到国家自然科学基金（项目编号 22306009）和北京高精尖科技创新人才培育计划青年精英科学家支持项目（编号 20250734）的资助。
Haoran Liang|Jinjin Liu|Zhaozhi Wang|Jiahui Wang|Hecai Liu|Yongzhen Peng
