填埋场渗滤液是一种高度复杂的废水，通常含有高浓度的铵氮（NH4+-N）、难降解的有机化合物和重金属，其性质因填埋场年龄、废物组成和特定操作条件而异[1]、[2]。在这些污染物中，氮化合物（尤其是NH4+-N）对生态系统构成重大风险[3]、[4]。传统的生物氮去除技术主要基于硝化-反硝化过程，但对于成熟填埋场渗滤液往往效果不佳，因为这些废水通常碳氮比（C/N）较低，盐度较高，并含有抑制微生物活性的物质[5]。因此，这些系统通常需要大量外加碳源，且性能不稳定，这使得开发稳健、低碳且可扩展的填埋场渗滤液氮去除技术成为一个持续挑战[6]。
自养氮去除工艺因其对有机碳的需求较低、产生的污泥较少以及能源效率较高而成为处理富氮贫碳废水的有前景的替代方案[7]。其中，厌氧铵氧化（Anammox）因其能够在无需有机碳输入的情况下直接将NH4+-N和亚硝酸盐（NO2--N）转化为氮气（N2）而受到广泛关注[8]、[9]。与传统工艺相比，Anammox显著降低了氧气消耗、污泥产量和温室气体排放[10]。然而，Anammox会生成硝酸盐（NO3--N）作为副产物，且其活性容易受到底物不平衡和盐度的影响，而这些在处理实际填埋场渗滤液时难以避免[11]、[12]。硝酸盐的积累不仅限制了整体氮去除效率，也削弱了Anammox作为独立解决方案的可行性。
因此，提出了以硫为驱动力的自养反硝化（SAD）作为有效的补充工艺。SAD利用还原态硫化合物（如元素硫）作为电子供体，在缺氧条件下还原NO2--N和NO3--N，从而在碳受限和盐度较高的环境中实现高效反硝化[13]。与异养反硝化相比，SAD对盐度和进水波动具有更高的耐受性，更适合处理填埋场渗滤液[12]。然而，SAD的反应动力学较慢，并且会产生硫酸盐作为不可避免的副产物，可能导致二次盐度积累，从而限制长期运行[14]。将Anammox与SAD结合使用可以克服这些各自的局限性。Anammox以最小的碳输入高效去除NH4+-N，而SAD则进一步净化由Anammox产生的NO3--N，实现几乎完全的氮去除，而无需外加有机碳[15]、[16]、[17]。
除了工艺兼容性外，反应器配置在实现这种协同作用中起着决定性作用。尽管Anammox和SAD需要不同的微环境，但将它们集成到一个具有空间区分的單阶段反应器中，可以显著降低系统复杂性、占地面积和运行成本，相比多反应器配置更为优越[18]。通过设计合理的反应器（包括结构化的载体、硫介质分布和可控的水动力条件），可以稳定微生物的停留时间，调节质量传递，并在高负荷和波动条件下维持Anammox和SAD之间的功能耦合[19]、[20]。然而，大多数先前的研究依赖于合成废水或短期运行，因此在处理实际填埋场渗滤液的單阶段集成系统的长期稳定性、微生物适应性和功能机制方面仍存在关键知识空白。
因此，本研究开发并系统评估了一种用于实际填埋场渗滤液高级氮去除的單阶段集成Anammox-SAD生物反应器。具体目标是：（1）评估在不同负荷率下的氮去除性能和运行稳定性；（2）利用宏基因组分析阐明氮和硫的转化途径及微生物群落演替；（3）揭示提高性能的潜在机制。这些结果为开发稳健且低碳的填埋场渗滤液及其他高浓度、贫碳废水的氮去除系统提供了宝贵见解。
