厌氧氨氧化（Anammox）是高效节能的自养脱氮技术，但其会产生约占11%总氮的硝酸盐（NO₃⁻）副产物，限制了总氮去除率的上限。如何在不消耗有机碳源的前提下，原位消除这部分副产的NO₃⁻，是实现极限脱氮的关键。本研究提出在同一个膜生物膜反应器中，耦合三种自养脱氮过程：Anammox、硫自养反硝化（SAD）和硝酸盐/亚硝酸盐依赖型厌氧甲烷氧化（DAMO）。在反应器中，Anammox菌将进水中的氨氮（NH₄⁺）和亚硝酸盐（NO₂⁻）转化为N₂和少量NO₃⁻。生成的NO₃⁻和可能残余的NO₂⁻，被同时存在的SAD菌（以单质硫为电子供体）和DAMO菌（以溶解的甲烷为电子供体）作为电子受体，进一步还原为N₂。DAMO菌在这个过程中，利用厌氧消化产生的廉价甲烷（一种强效温室气体）作为电子供体，将其氧化为CO₂，同时实现脱氮和甲烷减排。SAD菌则利用廉价的单质硫。膜生物膜反应器的设计，通过中空纤维膜无气泡地供给甲烷和氢气，创造了适合DAMO和SAD菌生长的严格厌氧和微氧梯度环境。

  经过长期运行，该耦合系统的总氮去除率稳定提升至98%以上，出水TN浓度极低。实验通过¹⁵N稳定同位素示踪和微生物群落分析，确凿地证实了Anammox、SAD和DAMO三种功能菌群的共存和协同代谢。该研究通过将三种自养脱氮过程进行生态位整合，实现了无需任何有机碳源即可达到极限脱氮，并同步削减了温室气体甲烷的排放，为下一代低碳甚至负碳的废水脱氮技术提供了全新的设计理念。

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