综述：DNRA-Anammox耦合机制实现高效脱氮的综合评述

本综述系统阐述了异化硝酸盐还原为铵（DNRA）与厌氧氨氧化（Anammox）的协同脱氮机制，创新性提出异养DNRA耦合Anammox、Anammox菌内源DNRA整合传统Anammox两类体系，解析了其代谢互补（NH4+/NO2-供给与NO3-回补）实现氮素内循环的核心优势，为废水高效低碳脱氮提供理论支撑。

DNRA在氮循环中的关键作用

异化硝酸盐还原为铵（DNRA）通过硝酸盐还原酶将NO₃^-转化为NO₂^-，再经亚硝酸盐还原酶（NrfA）生成NH₄⁺，避免了反硝化过程中温室气体N₂O的排放。然而，其代谢副产物NO₂^-和NH₄⁺的积累制约了深度脱氮效率。

DNRA-Anammox的代谢互补机制

厌氧氨氧化（Anammox）能以NH₄⁺为电子供体，在厌氧条件下将NO₂^-还原为N₂，同时生成副产物NO₃^-。两者耦合形成"NH₄⁺/NO₂^-供给—NO₃^-回补"的闭环：异养DNRA细菌在高C/N比条件下为Anammox提供底物，而Anammox产生的NO₃^-又可被DNRA重新利用。

两类创新耦合体系

1. 1.

   异养DNRA耦合Anammox：如Draconibacterium等菌属在苯胺降解中与Anammox菌协同，显著提升总氮（TN）去除率。

2. 2.

   Anammox菌内源DNRA通路：某些Anammox菌能直接以甲酸或挥发性脂肪酸（VFAs）为电子供体，将NO₃^-转化为NH₄⁺/NO₂^-，驱动自身Anammox反应。同位素示踪技术证实该通路可实现全程自养脱氮。

关键影响因素与挑战

• •

  C/N比平衡：过高有机碳（C/N>7.7）抑制Anammox活性，需优化至5-6.5区间。

• •

  NH₄⁺/NO₂^-比例：1:1.32时脱氮效率最佳，过量NH₄⁺会反馈抑制DNRA终末步骤。

• •

  微生物互作：功能基因nrfA与hzsa表达水平决定体系稳定性。

未来展望

开发基于VFAs的内源DNRA-Anammox一体化工艺、建立功能菌群快速富集策略、结合宏基因组解析代谢网络，将推动该体系在城镇污水与工业废水处理中的应用。