The iron redox cycle can enhance anammox in treating low-strength ammonia wastewater. However, maintaining an effective iron redox cycle and suppressing nitrite-oxidizing bacteria in a one-stage partial nitritation and anammox (PN/A) process poses challenges during long-term aeration. We proposed a novel and simple strategy to achieve an efficient iron redox cycle in an iron-mediated anoxic-microaerobic (A/O) process by controlling organic matter (OM) at medium-strength levels (30–110 mg COD/L) in microaerobic granular sludge (MGS)-dominated reactor. The developed A/O process consistently achieved >90 % OM removal and >75 % nitrogen removal. Medium-strength OM varied the penetration depths of dissolved oxygen (DO) in MGS, regulating redox conditions and promoting redox reactions across MGS layers, thus activating accumulated inert iron oxides. Ammonia-oxidizing bacteria (Nitrosomonas), iron-reducing bacteria (e.g., Ignavibacterium, Geobacter), and anammox bacteria (Ca. Kuenenia) coexisted harmoniously in MGS. This coexistence ensured high anammox and Feammox rates along with a robust iron redox cycle, thereby mitigating the adverse impacts of fluctuating DO and OM on one-stage PN/A process stability. The identification of iron reduction-associated genes within Ca. Kuenenia, Ignavibacterium, and Geobacter suggests their potential roles in supporting Feammox coupled in one-stage PN/A process. This study introduces an iron-cycle-driven A/O process as an energy-efficient alternative for simultaneous carbon and nitrogen removal from low-strength wastewater.

中文翻译：

---

通过有机物诱导的溶解氧渗透深度动力学活化氧化铁增强了微需氧颗粒污泥中铁循环驱动的铵态氮氧化


铁氧化还原循环可以增强厌氧氨氧化处理低强度氨废水的能力。然而，在一步部分硝化和厌氧氨氧化 （PN/A） 过程中保持有效的铁氧化还原循环和抑制亚硝酸盐氧化细菌在长期曝气过程中提出了挑战。我们提出了一种新颖而简单的策略，通过在微需氧颗粒污泥 （MGS） 为主的反应器中将有机物 （OM） 控制在中等强度水平 （30-110 mg COD/L） 中，在铁介导的缺氧-微需氧 （A/O） 过程中实现高效的铁氧化还原循环。开发的 A/O 工艺始终实现 >90 % OM 去除和 >75 % 氮去除。中等强度 OM 改变了 MGS 中溶解氧 （DO） 的渗透深度，调节氧化还原条件并促进 MGS 层的氧化还原反应，从而激活积累的惰性氧化铁。氨氧化菌 （Nitrosomonas）、铁还原菌 （例如，Ignavibacterium、Geobacter） 和厌氧氨氧化菌 （Ca. Kuenenia） 在 MGS 中和谐共存。这种共存确保了高厌氧氨氧化和 Feammox 速率以及稳健的铁氧化还原循环，从而减轻了波动的溶氧和溶氧对一级 PN/A 工艺稳定性的不利影响。在 Ca. Kuenenia、Ignavibacterium 和 Geobacter 中鉴定铁还原相关基因表明它们在支持一步 PN/A 过程中偶联的 Feammox 的潜在作用。本研究介绍了一种铁循环驱动的 A/O 工艺，作为一种从低强度废水中同时去除碳和氮的节能替代方案。