该文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：
研究作者及机构
本研究由Zixin Li、Xiyao Li、Hanbin Wang和Yongzhen Peng*共同完成，研究机构为北京工业大学国家先进城市污水处理与回用技术工程实验室和北京市工程研究中心。研究于2024年2月8日在线发表在《Bioresource Technology》期刊上，文章编号为130426。
学术背景
本研究的主要科学领域为污水处理技术，特别是脱氮除磷（Denitrifying Phosphorus Removal, DPR）过程。水体富营养化是当前环境问题中的重要挑战，而通过协调脱氮和除磷来预防富营养化是污水处理中的关键任务。传统的污水处理方法在碳源利用和能耗方面存在局限性，而脱氮除磷技术（DPR）具有碳源多样化利用的优势，能够有效节约碳源和曝气能量，并减少剩余污泥的产生。然而，如何快速高效地富集和培养脱氮除磷微生物（Denitrifying Phosphorus Accumulating Organisms, DPAOs）仍是一个亟待解决的问题。本研究旨在通过采用厌氧-好氧-缺氧（Anaerobic-Oxic-Anoxic, AOA）操作模式，探索一种新的快速富集DPAOs的方法，以实现城市生活污水和工业硝酸盐废水中氮和磷的高效同步去除。
研究流程
本研究分为六个阶段，主要研究流程包括实验设计、设备操作、废水与种子污泥的获取、常规测试指标的分析、微生物多样性分析以及系统性能的长期监测。
实验设计与设备操作
研究采用了一个有效容积为10升的序批式反应器（Sequencing Batch Reactor, SBR），反应器由有机玻璃制成，配备悬臂式搅拌器，转速为85 rpm，以确保污泥与水的充分混合。每个循环周期为8小时，包括厌氧进料6分钟、厌氧混合2小时、好氧曝气10-90分钟、缺氧混合3小时、沉淀30分钟、排水10分钟（排水比为50%）以及闲置90-170分钟。污泥停留时间（SRT）为12-25天，水力停留时间（HRT）为10.3-13.0小时。
废水与种子污泥
厌氧段的进水取自北京工业大学化粪池，主要特征为NH4+-N: 35-70 mg N/L, NO2–N: 0-1 mg N/L, NO3–N: 0-1 mg N/L, PO43–P: 4-8 mg P/L, COD: 150-250 mg/L。缺氧段的进水为合成硝酸盐废水，通过向自来水中添加硝酸钠制备。接种污泥来自高碑店污水处理厂的剩余污泥，反应器中的混合液悬浮固体（MLSS）维持在3200 ± 500 mg/L。
常规测试指标分析
实验中的出水样品通过0.45 μm滤纸过滤后进行测定。NH4+-N、NO2–N、NO3–N和PO43–P通过Lachat Quick-Chem 8500流动注射分析仪进行分析，COD通过COD快速分析仪测定，MLSS和混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）根据标准方法测定。污泥样品经过冷冻干燥处理后用于PHA和糖原（Gly）的测定。
微生物多样性分析
系统不同阶段的污泥样品经过冷冻处理后，使用PCR扩增和16S高通量测序技术进行微生物结构和功能基因的变化分析。所有序列按97%的相似性分类为操作分类单元（OTUs），并通过Mathur软件进行统计分析。
主要结果
1. 系统长期营养物去除性能
在实验的六个阶段中，通过调节进水COD/PO43–P比（C/P）和好氧操作参数，系统逐步实现了DPAOs的富集。在第六阶段，系统的PO43–P去除效率达到96.9%，NO3–N去除效率为92.5%。结果表明，通过缩短好氧时间和降低曝气量，可以有效抑制好氧段磷的过度吸收，从而增强缺氧段的磷去除性能。
系统营养物去除机制分析
通过分析不同阶段的污染物沿程变化，研究发现，在厌氧段，有机物质被DPAOs吸收并转化为内源碳源（PHA），用于后续的脱氮除磷过程。在缺氧段，PHA驱动的DPR过程实现了氮和磷的同步去除。此外，系统在低溶解氧（DO）条件下运行，能够有效抑制好氧段磷的过度吸收，从而增强缺氧段的磷去除性能。
微生物群落结构变化
通过高通量测序分析，研究发现系统中主要包含六个门类，其中Proteobacteria和Bacteroidota与脱氮除磷过程密切相关。在第六阶段，Dechloromonas和Candidatus_Accumulibacter的丰度显著增加，表明DPAOs在系统中得到了有效富集。
结论
本研究通过调节C/P和好氧操作参数，成功建立了AOA模式下的DPR系统，实现了城市生活污水和硝酸盐废水中氮和磷的高效同步去除。系统的PO43–P和NO3–N去除效率分别达到96.9%和92.5%。研究结果表明，通过缩短好氧时间和降低曝气量，可以有效抑制好氧段磷的过度吸收，从而增强缺氧段的磷去除性能。此外，DPAOs的富集和PAOs与GAOs的平衡确保了系统的稳定运行。本研究为DPR技术在实际工程中的应用提供了新的策略，具有较高的实际应用价值。
研究亮点
1. 通过AOA操作模式成功建立了脱氮除磷系统，实现了氮和磷的高效同步去除。
2. 通过调节C/P和好氧操作参数，快速富集了DPAOs，显著提高了系统的脱氮除磷性能。
3. 在低溶解氧条件下运行，有效抑制了好氧段磷的过度吸收，增强了缺氧段的磷去除性能。
4. 通过微生物多样性分析，揭示了DPAOs在系统中的富集机制，为DPR技术的进一步应用提供了理论支持。
其他有价值的内容
本研究还探讨了DPR系统与部分硝化/厌氧氨氧化（PN/A）工艺结合的可能性，提出了在低碳运行目标下实现更高效营养物去除的潜在应用前景。