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：
作者与机构
该研究由You Wu、Hanbin Wang、Liang Zhang、Wei Zeng和Yongzhen Peng*共同完成，研究团队来自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。研究论文发表于《Water Research》期刊，发表日期为2025年1月。
学术背景
该研究属于环境科学与工程领域，特别是污水处理技术中的氮去除研究。随着全球对可持续发展的需求日益增加，污水处理厂（WWTPs）的能源消耗和碳排放问题成为实现2030年可持续发展目标的重要挑战。传统的硝化/反硝化过程需要大量曝气和外部碳源，导致高能耗和高成本。为了应对这些挑战，厌氧/好氧/缺氧（AOA）工艺被开发出来，通过利用内源反硝化（endogenous denitrification）来增强氮去除效率。然而，AOA工艺在处理低碳废水时面临碳源不足的问题，限制了其性能的稳定性。
羟基胺（Hydroxylamine, HA）作为一种促进部分硝化（Partial Nitrification, PN）的有效策略，已被证明能够抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB），从而促进亚硝酸盐的积累。然而，HA对内源反硝化的影响尚未得到充分研究。因此，本研究旨在通过长期连续投加HA，探究其在AOA系统中对氮去除的增强机制，并通过多组学分析揭示其微生物群落动态变化。
研究流程
研究分为三个阶段，主要流程如下：
反应器设置与运行
研究使用了一个中试规模的AOA生物反应器，有效容积为25立方米，处理来自中国广东某污水处理厂的城市污水。反应器分为八个单元（两个厌氧、两个好氧和四个缺氧），通过挡板防止回流。污泥从二次沉淀池回流至厌氧和缺氧区，回流比为100%。溶解氧（DO）浓度在好氧过程末端维持在1.5至4.5 mg/L之间。
实验阶段
实验分为三个阶段：
批次实验
在HA投加前进行了预实验，评估HA对硝化过程、厌氧磷释放和好氧磷吸收的短期影响。此外，在实验过程中进行了特定活性批次实验，测量了氨氧化速率（SAORs）、亚硝酸盐氧化速率（SNORs）、内源硝酸盐反硝化速率（SEDNARs）等关键活性。
多组学分析
在实验的第57天和第162天，采集污泥样本进行宏基因组和宏转录组测序，分析功能细菌和基因的变化，揭示高级氮去除的机制。
主要结果
1. 长期营养物去除性能
HA投加显著提高了系统的氮去除效率。在阶段III，亚硝酸盐积累率（NAR）达到67.6±5.0%，出水总无机氮（TIN）浓度从6.2±2.0 mg/L降至2.4±1.1 mg/L，氮去除效率（NRE）达到87.4±4.5%。好氧过程的氮去除贡献从2.4±3.4%增加到25.8±8.1%，缺氧过程的氮去除速率从1.63±0.11 mg N/(L·h)提高到2.35±0.13 mg N/(L·h)。
微生物群落动态
多组学分析表明，HA投加破坏了多磷酸盐（Poly-P）循环，增强了多磷酸盐降解基因（ppx）的转录，抑制了多磷酸盐合成基因（ppk）的表达，从而减少了磷积累菌（PAOs）的能量供应，促使碳源竞争向糖原积累菌（GAOs）转移。其中，Competibacter的丰度从0.16%增加到1.13%。
基因表达变化
宏基因组和宏转录组分析显示，与反硝化相关的基因显著富集，转录水平也显著提高。特别是Competibacter作为反硝化基因的主要贡献者，其丰度和转录活性均显著增加，支持了系统的高效氮去除。
结论
该研究通过长期连续投加HA，显著提高了AOA系统的氮去除效率，揭示了HA通过抑制NOB和PAOs、促进GAOs富集的机制。研究结果表明，HA投加不仅能够快速建立部分硝化，还能通过长期影响微生物群落动态，增强内源反硝化，从而实现高效、可持续的污水处理。
研究亮点
1. 重要发现：HA投加显著提高了AOA系统的氮去除效率，亚硝酸盐积累率达到67.6%，氮去除效率达到87.4%。
2. 方法创新：研究首次在中试规模的AOA系统中实现了稳定的部分硝化过程，并通过多组学分析揭示了HA对微生物群落和基因表达的长期影响。
3. 应用价值：HA投加策略减少了污泥产量，降低了运行成本，为低碳废水处理提供了一种经济高效的解决方案。
其他有价值的内容
研究还进行了经济分析，表明HA投加比传统碳源节省了31.4-42.8%的化学成本，并减少了11.2%的污泥产量。此外，研究建议进一步探索HA投加对磷去除的影响，并考虑在AOA工艺中引入厌氧氨氧化（Anammox）过程，以进一步降低碳需求。
该研究为污水处理领域提供了重要的理论和实践指导，特别是在低碳废水处理中的应用具有广阔的前景。