甲烷氧化耦合厌氧氨氧化强化脱氮：性能、机制与机器学习分析

《Journal of Environmental Management》：Integration of methane oxidation with anammox for enhancing nitrogen removal: Performance, mechanisms, and machine learning analysis

　　本研究提出了一种以甲烷（CH4）为碳源的新型脱氮工艺，通过耦合反硝化与厌氧氨氧化（anammox）实现93%的总氮去除率。研究发现甲烷可激活假单胞菌（Pseudomonas）强化脱氮，同时促进厌氧氨氧化菌（AnAOB）丰度提升至18.6%。随机森林（RF）模型揭示AnAOB活性、出水NH4+和NO3-是系统关键调控因子，为甲烷资源化利用与低碳污水处理提供了创新策略。

　　

亮点

反应器启动与运行策略

通过上流式厌氧污泥床反应器（UASB）实现甲烷循环驱动脱氮，利用实验室沼气（含60%-80% CH₄）作为碳源，在pH 8.0±0.2、温度36±0.1°C的厌氧条件下长期运行。

运行期间的脱氮性能

在1050天的运行中，反应器分四阶段调控。第一阶段（1-150天）出水pH从7.2升至8.3，前期总氮去除率较低，但后期NH₄⁺-N和NO₂^--N去除效率显著提升。在6小时水力停留时间（HRT）下，系统最终实现93%的脱氮效率。

结论

甲烷驱动反硝化耦合厌氧氨氧化工艺可高效处理高浓度含氮废水。甲烷的引入激活了假单胞菌（Pseudomonas）还原硝酸盐和亚硝酸盐，且无需古菌（ANME）参与。经过900天培养，Candidatus Brocadia和Candidatus Kuenenia取代Candidatus Jettenia成为优势厌氧氨氧化菌（AnAOB），其增殖由高氮负荷和甲烷协同作用驱动。