本文档属于类型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：
本研究由Xinjie Gao、Qiong Zhang、*****g An、Baishou Shao和Yongzhen Peng等人完成，研究团队来自北京工业大学国家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。该研究于2023年8月28日在线发表在《Resources, Conservation & Recycling》期刊上，文章编号为107185。
研究的学术背景主要围绕污水处理领域，特别是针对低碳源条件下的市政污水处理。随着污水处理厂排放标准的日益严格，如何高效去除氮元素成为重要挑战。传统生物脱氮（BNR）过程需要消耗大量碳源，增加了处理成本和温室气体排放风险。厌氧氨氧化（Anammox）技术作为一种无需有机碳消耗的脱氮过程，具有显著优势。然而，Anammox在市政污水处理中的应用面临瓶颈问题，主要是如何稳定获取亚硝酸盐。本研究旨在探索部分反硝化（Partial Denitrification, PD）与部分硝化（Partial Nitrification, PN）耦合Anammox在低碳源市政污水处理中的意义和优势，为先进营养物去除和节能提供策略。
研究详细工作流程包括以下几个主要步骤：
AOA系统建立与运行：研究采用厌氧/好氧/缺氧（AOA）系统处理低碳氮比（C/N=3.08）市政污水。系统包括61升AOA生物反应器和23升二次沉淀池。运行分为三个阶段：PDA阶段（Phase 1）、PN实现阶段（Phase 2）和PNA阶段（Phase 3）。系统温度随季节变化在18-26℃之间，MLSS维持在3000-4000 mg/L。
批次实验：为全面评估AOA系统中Anammox性能，研究进行了批次实验，测量了好氧和缺氧状态下Anammox的活性和潜在脱氮贡献。好氧批次实验在系统运行第50天和193天进行，缺氧实验在第48天和190天进行。
活性变化监测：在长期运行过程中，每月通过测量氧摄取率（OUR）来表征AOB和NOB的活性。Anammox和反硝化活性则根据特定脱氮速率确定。
化学分析方法：所有样品在分析前均经过15-25 μm滤纸过滤。NH4+-N、NO3–N和NO2–N浓度使用流动注射分析仪测定，COD和MLSS浓度采用标准方法测定。
微生物特征分析：每月从AOA系统活性污泥中采集三个平行样品，使用定量PCR（qPCR）评估微生物丰度变化。在系统运行第1天、140天和240天，从好氧区采集样品进行微生物群落研究。
研究主要结果如下：
氮去除性能：在PDA阶段（Phase 1），系统实现了5.51±2.56%的稳定亚硝酸盐积累率（NAR），NH4+-N去除效率（ARE）和总无机氮（TIN）去除效率（NRE）分别为97.68±2.77%和77.17±4.85%。在PN实现阶段（Phase 2），NAR从8.2%增加到76.39%。在PNA阶段（Phase 3），ARE和NRE分别达到96.09±2.52%和94.82±2.58%，NAR达到97.45±2.42%。
微生物群落变化：Proteobacteria门（包括反硝化细菌）成为优势菌群，相对丰度从11.30%增加到30.31%。Planctomycetes门（与Anammox细菌相关）相对丰度从0.50%增加到3.03%，随后降至1.84%。Candidatus Brocadia是检测到的唯一Anammox细菌属，其相对丰度从检测限以下增加到0.48%，随后降至0.11%。
Anammox性能：在PDA阶段，Anammox主要与PD耦合，TIN去除贡献率为37%，缺氧区是Anammox热点区域。在PNA阶段，Anammox主要与PN耦合，TIN去除贡献率降至20%，好氧区成为Anammox热点区域。
研究结论表明，在低碳氮比市政污水处理的活性污泥系统中，通过控制好氧区剩余铵浓度，成功实现了Anammox细菌富集和PN。PNA阶段实现了95%的NRE和0.12 kgN/(m3·d)的高效氮去除。研究揭示了PDA和PNA耦合Anammox在AOA系统中的特征和影响：PDA促进了Anammox细菌富集，导致更高的Anammox贡献率（37%）；PNA允许在好氧区实现Anammox脱氮，但削弱了Anammox性能（20%）。与PDA相比，PNA在低碳源废水处理中具有增强氮去除的优势。
本研究的亮点包括： 1. 首次在活性污泥系统中实现了PNA对市政污水的部分氮去除，证明了其在好氧状态下进行Anammox脱氮的可行性。 2. 揭示了Anammox热点区域从PDA阶段的缺氧区向PNA阶段的好氧区转变的过程。 3. 阐明了PNA在低碳源废水处理中的优势，为先进高效氮去除提供了新思路。
研究的意义和价值在于： 1. 科学价值：深入探讨了PDA和PNA耦合Anammox在低碳源市政污水处理中的特征和影响，丰富了Anammox技术的理论基础。 2. 应用价值：为低碳源市政污水处理提供了新的技术路线，有助于降低处理成本和减少温室气体排放。 3. 创新性：首次在活性污泥系统中实现了PNA对市政污水的部分氮去除，为Anammox技术在主流污水处理中的应用提供了新思路。
此外，研究还探讨了微生物协同竞争机制、Anammox热点变化对Anammox细菌丰度和活性的影响等，为进一步优化Anammox工艺提供了重要参考。