自1914年活性污泥工艺诞生以来，经历了超过一个世纪的发展，极大地改善了人类的生活条件（Orhon, 2015; Sheik et al., 2014）。历史上，污水处理技术的突破往往源于独特现象的发现（Roberson and Kuenen, 1984; Strous et al., 1998）。20世纪80年代末，Robertson及其同事在Thiosphaera pantotropha中发现异养硝化作用和好氧反硝化作用（HN-AD）工艺，打破了传统的氮去除理论框架（Robertson et al., 1988）。HN-AD能够在好氧条件下同时去除废水中的氮和有机物。与传统的多级反应器氮去除工艺相比，HN-AD工艺避免了功能微生物之间的竞争，并实现了碳源的高效利用，为废水处理系统的创新提供了新的方向（Hu et al., 2023; Song et al., 2021）。
要在污水处理厂（WWTPs）中实现HN-AD，关键在于了解HN-AD相关微生物群体的丰度和组成，并采取富集策略使其成为主导的微生物种群（Littleton et al., 2003; Wang et al., 2023; Zhai et al., 2024）。从氮去除途径来看，HN-AD生物过程已在厌氧-缺氧-好氧（A2/O）工艺、缺氧/好氧（A/O）工艺、序批式反应器（SBR）工艺和氧化沟（OD）工艺中被观察到，这些工艺对氮去除的贡献各不相同（Han et al., 2020; Wang et al., 2023; Song et al., 2023; Littleton et al., 2003; Zhai et al., 2024）。这些研究表明，不同废水处理过程中HN-AD相关微生物的分布可能存在差异。然而，目前尚缺乏系统的方法来研究各种废水处理过程中HN-AD的分布情况。
长期以来，确定异养硝化菌和好氧反硝化菌存在的方法主要基于微生物系统的氮去除特性和功能。例如，常用的方法是在好氧条件下评估氮去除效果（Huang et al., 2022; Sui et al., 2024），并结合提供不同COD、铵盐、亚硝酸盐和硝酸盐的批次实验来验证异养硝化能力（Lin et al., 2022）。在分子水平上，由于HN-AD细菌可能同时具备硝化和反硝化功能基因，扩增amoA和napA成为确认其存在的潜在方法（Huang et al., 2022; Sui et al., 2024）。然而，仅依赖传统硝化和反硝化功能基因的方法忽略了许多HN-AD细菌具有独特功能基因的事实，从而导致较大的不确定性。最近，Yang及其同事发现了HN-AD的分子标记基因（haoA、haoB和haoC），为在分子水平上识别HN-AD细菌提供了工具。这些hao基因负责异养硝化过程中羟胺向亚硝酸盐的转化，与普通氨氧化菌（AOB）中的基因不同（Yang et al., 2025）。
本研究首次评估了中国北京五个具有不同代表性废水处理工艺的实际污水处理厂中的HN-AD细菌群落。所有选定的污水处理厂位于同一纬度且处于同一地理区域内，这减少了区域环境差异和社会活动的影响。由于北京污水处理厂数量有限，每个工艺选取了一个具有代表性的污水处理厂进行研究和比较，以确保研究的合理性。通过结合体外实验、基于定量PCR的特定功能基因检测和高通量测序技术，本研究旨在揭示HN-AD的潜力及其关键影响因素的模式和趋势。研究旨在验证工艺类型可能是影响HN-AD细菌群落的主要因素之一，为在实际污水处理厂中实现HN-AD氮去除提供理论依据。
