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把comammox整合进以anammox为主的单级主流部分硝化/anammox：硝化菌生态位调控与亚硝酸盐分配

Integrating comammox into anammox-dominated one-stage mainstream partial nitrification/anammox: nitrifier niche regulation and nitrite partitioning
comammoxanammox主流PN/A生态位重构亚硝酸盐分配Water research2026
一句话：本文系统评述在低浓度可变市政污水条件下，将全程氨氧化菌comammox引入以anammox为主的单级主流部分硝化/anammox系统，可通过生态位重构和亚硝酸盐分配来稳定脱氮过程。

文献信息与获取

题目
Integrating comammox into anammox-dominated one-stage mainstream partial nitrification/anammox: nitrifier niche regulation and nitrite partitioning
作者
Luo Y, Duan H, ..., Ni BJ
期刊 / 年份
Water research · 2026
DOI
10.1016/j.watres.2026.126374
PubMed
PMID 42372435
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证据边界
本页所有正文均基于该论文本身；图片按 visual-paper-reading-report 技能从 PDF 提取并做“图示 / 结果 / 意义”三段解读；数值证据来自原文段落，不臆造。

目录

  1. 背景与问题
  2. 方法与工艺框架
  3. 图逐条解读（4 张）
  4. Figure 1
  5. Figure 2
  6. Figure 3
  7. Figure 4
  8. 关键数值证据
  9. 局限与解读边界
  10. 数据 / 代码 / 经费 / 利益冲突声明
  11. 获取与延伸

背景与问题

主流部分硝化/anammox（PN/A）被视为低碳市政脱氮的关键路径，但一段式PN/A在低浓度、变负荷进水下常面临AOB活性衰退、传统NOB适应性反弹以及anammox可利用亚硝酸盐不足等瓶颈。近年来陆续发现的comammox Nitrospira能在同一细胞内完成氨到硝酸盐的全过程氧化，且具有高氨亲和力、低DO耐受和长SRT适应等特点，为在主流条件下重塑硝化菌群竞争关系、并向anammox稳定供给亚硝酸盐提供了新的生态学思路，但其与anammox协同的边界条件仍需系统梳理。

方法与工艺框架

作者以综述形式整合近十年的反应器实验、动力学参数和微生物生态数据。首先归纳AOB主导的一段式主流PN/A的系统性瓶颈；随后汇总comammox、AOB、anammox和典型NOB对NH4+、NO2-和O2的表观半饱和常数Km(app)进行动力学比较；在此基础上构建了comammox介导的生态位重分配概念框架，并进一步区分“氨氧化—亚硝酸盐氧化—anammox吸收”三种命运下的亚硝酸盐分配路径。文中结合序批式生物膜反应器、MABR、颗粒污泥反应器等多种典型工艺案例，讨论biomass保留介质、共富集策略以及机器学习驱动的建模在支撑该工艺发展的作用。

图逐条解读

Figure 1 来源：原文 · 页 3
Figure 1 of Integrating comammox into anammox-dominated one-stage mainstream partial nitrification/anammox: nitrifier niche regulation and nitrite partitioning
Fig. 1. System-level bottlenecks of AOB-dominated mainstream one-stage PN/A under low-strength and variable wastewater conditions, highlighting AOB decay, adaptive canonical NOB rebound, and constrained nitrite availability to anammox.
🖼️ 图示信息

示意图，展示AOB主导的主流一段式PN/A系统在低浓度、变负荷废水条件下的系统性瓶颈，突出AOB衰退、传统NOB适应性反弹以及anammox可利用亚硝酸盐受限三个核心问题。

📊 论文结果

以图示方式论证AOB主导路径下的三大不稳定因素在低浓度主流条件下并存并互相强化，从而使一段式PN/A难以稳定运行。

🎯 研究意义

为后文引入comammox作为替代/补充氨氧化功能菌提供问题定义，明确一段式主流PN/A需要在硝化菌群结构层面而不仅在过程控制层面进行改造。

Figure 2 来源：原文 · 页 6
Figure 2 of Integrating comammox into anammox-dominated one-stage mainstream partial nitrification/anammox: nitrifier niche regulation and nitrite partitioning
Fig. 2. Reported apparent half-saturation constants (K m(app)) for ammonium (a), nitrite (b), and oxygen (c) among comammox bacteria, ammonia-oxidizing bacteria (AOB), anammox bacteria, and canonical nitrite-oxidizing bacteria (NOB). These kinetic values indicate potential substrate-affinity differences under defined experimental conditions and should be interpreted together with reactor-scale factors such as substrate concentration, mass transfer, biomass structure, and residual NOB activity.
🖼️ 图示信息

三联柱状/箱线图，比较comammox细菌、AOB、anammox细菌与传统NOB对NH4+（a）、NO2-（b）和O2（c）的表观半饱和常数Km(app)。

📊 论文结果

在给定实验条件下，comammox对NH4+和O2的Km(app)一般低于典型AOB和NOB，anammox对NO2-有较高亲和力，从而在低浓度、低DO主流条件下comammox具有明显的底物亲和力优势。

🎯 研究意义

把comammox能在主流条件下持续氨氧化、抑制NOB反弹的经验现象归因到底物亲和力差异，为反应器设计（低DO、长SRT）与微生物竞争预测提供动力学基础，同时提示这些参数需结合反应器尺度传质、生物量结构解读。

Figure 3 来源：原文 · 页 7
Figure 3 of Integrating comammox into anammox-dominated one-stage mainstream partial nitrification/anammox: nitrifier niche regulation and nitrite partitioning
Fig. 3. Conceptual framework for comammox-mediated niche redistribution in anammox-dominated one-stage mainstream PN/A. The framework links comammox- mediated ammonia oxidation, niche-based constraint of canonical NOB, nitrite partitioning with anammox, and biomass-structured mitigation of heterotrophic competition.
🖼️ 图示信息

概念框架示意图，把comammox介导的氨氧化、对传统NOB的生态位限制、与anammox之间的亚硝酸盐分配以及生物量结构对异养竞争的缓解作用整合到同一图示。

📊 论文结果

论证在anammox为主的一段式主流PN/A中，通过comammox占据低DO/高SRT的氨氧化生态位，可同时压制传统NOB并把亚硝酸盐引导向anammox，从而形成稳定的脱氮路径。

🎯 研究意义

把过去零散的动力学、生态与反应器观测统一到“生态位重构+亚硝酸盐分配”的框架下，为一段式主流PN/A的设计与控制提供顶层机理指导。

Figure 4 来源：原文 · 页 8
Figure 4 of Integrating comammox into anammox-dominated one-stage mainstream partial nitrification/anammox: nitrifier niche regulation and nitrite partitioning
Fig. 4. Boundary-defined nitrite partitioning between comammox and anammox bacteria in one-stage mainstream PN/A systems. Comammox-derived nitrite is transferred to anammox, reoxidised by comammox, or further oxidised by residual canonical NOB depending on spatial proximity, diffusion, oxygen distribution, and community composition.
🖼️ 图示信息

示意图，展示comammox产生的亚硝酸盐在一段式主流PN/A系统中的三种可能命运：被anammox利用、被comammox自身再氧化、或被残余传统NOB进一步氧化，箭头受空间邻近性、扩散、氧分布和群落组成调节。

📊 论文结果

指出亚硝酸盐在comammox、anammox、传统NOB之间的分配是决定系统脱氮效率的关键边界条件，只有当空间结构使亚硝酸盐优先流向anammox时，comammox—anammox协同才能稳定成立。

🎯 研究意义

为反应器设计明确了工程调控靶点：需要通过生物膜/颗粒/载体等空间组织手段引导亚硝酸盐向anammox活性区流动，避免被再氧化或被异养反硝化消耗。

关键数值证据

局限与解读边界

·

多数comammox—anammox协同证据来自实验室或中试规模生物膜/颗粒系统，全尺度主流市政厂的长期验证仍缺乏。

·

综述对亚硝酸盐分配的定量描述依赖于文献汇总，反应器尺度的传质、oxygen分布和空间结构参数常未被独立测定。

·

C/N超出约2–6区间、以及高有机负荷或高氨氮工业废水条件下，comammox—anammox策略的适用边界尚未系统界定。

作者结论：综合动力学与反应器证据，comammox—anammox协同为一段式主流PN/A提供了低排放、可持续的脱氮路径：comammox可以在低DO和长SRT下稳定维持氨氧化并抑制传统NOB反弹，其氨氧化速率通常高于自身亚硝酸盐氧化速率，使部分亚硝酸盐可在被再氧化前被anammox利用；未来需通过验证氮素转化路径、优化生物量保留和空间组织，以及借助机器学习建模来推动该策略从概念走向工程应用。

数据 / 代码 / 经费 / 利益冲突声明

数据可用性
No data was used for the research described in the article.
经费
作者未在正文中列出经费来源。
利益冲突
作者未在正文中显式声明利益冲突。
许可 / 复用
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获取与延伸

  1. 原文：Integrating comammox into anammox-dominated one-stage mainstream partial nitrification/anammox: nitrifier niche regulation and nitrite partitioning. Water research. 2026. DOI: 10.1016/j.watres.2026.126374; PMID 42372435。
  2. 本地 PDF：/download/mud/1-s2.0-S0043135426010535-main.pdf
  3. 专题上下文：活性污泥专题总览
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