厌氧氨氧化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硝酸盐，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：厌氧氨氧化、硫自养反硝化和厌氧甲烷氧化。在反应器中，厌氧氨氧化菌将进水中的氨氮和亚硝酸盐转化为氮气和少量硝酸盐。生成的硝酸盐和可能残余的亚硝酸盐，被同时存在的硫自养反硝化菌（以单质硫为电子供体）和厌氧甲烷氧化菌（以溶解的甲烷为电子供体）作为电子受体，进一步还原为氮气。

  厌氧甲烷氧化菌在这个过程中，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。硫自养反硝化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，创造了适合厌氧甲烷氧化和硫自养反硝化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，出水总氮浓度极低。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。该系统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，在高氨氮工业废水和市政污水的深度脱氮领域具有巨大的应用潜力。

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