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：
主要作者及研究机构
本研究的主要作者包括Xinjie Gao、Liang Zhang、Jinjin Liu、Yong Zhang和Yongzhen Peng。研究团队来自北京工业大学先进城市污水处理与回用技术国家工程实验室（National Engineering Laboratory for Advanced Municipal Wastewater Treatment and Reuse Technology, Engineering Research Center of Beijing, Beijing University of Technology）以及北京碧蓝环境技术有限公司（Beijing Belant Environmental Technology Co., Ltd.）。该研究于2024年1月29日在线发表在《Water Research》期刊上，文章编号为121234。
学术背景
本研究属于环境工程领域，特别是污水处理技术的研究。随着全球水体富营养化问题的加剧，污水处理厂（WWTPs）面临着越来越严格的排放标准，尤其是氮和磷的去除。传统的污水处理工艺在实现高效营养物去除的同时，往往难以兼顾节能和减少碳消耗。因此，开发一种既能高效去除营养物又能节能的污水处理技术成为迫切需求。本研究首次在污水处理厂中应用了新型的厌氧/好氧/缺氧（Anaerobic/Aerobic/Anoxic, AOA）工艺，旨在验证该工艺在低碳氮比（C/N）条件下的高效营养物去除能力，并探讨其节能潜力。
研究流程
本研究分为以下几个主要步骤：
全规模AOA系统的建立
研究在广西岑溪市建立了一个处理能力为40,000立方米/天的全规模AOA系统。该系统包括两个AOA反应池和两个二次沉淀池（SST），分为两个独立的系列。AOA系统的水力停留时间（HRT）为8-12小时，溶解氧（DO）在好氧区为2.0 ± 0.5 mg/L，污泥停留时间（SRT）平均为23天。系统温度随季节变化，冬季为15-20°C，夏季为25-30°C。
批次实验
为了探讨后缺氧区脱氮的驱动力，研究进行了批次实验。实验污泥从AOA系统中采集，经过12小时的曝气激活和3小时的厌氧状态进行碳源储存，随后进行6小时的后缺氧实验。实验分为两组，一组补充硝酸盐，另一组作为对照组。实验过程中，每2小时取样进行EPS（Extracellular Polymeric Substances，胞外聚合物）提取，并测量蛋白质和多糖的浓度。
化学分析
对AOA系统的进水和出水样品进行了化学分析，包括COD（化学需氧量）、TN（总氮）、NH4+-N（氨氮）、NO2–N（亚硝酸盐氮）、NO3–N（硝酸盐氮）、TP（总磷）和PO43–P（磷酸盐磷）的浓度测量。此外，还通过气相色谱法测定了PHA（聚羟基脂肪酸酯）和糖原（Glycogen）的浓度。
高通量测序
研究对AOA系统中的活性污泥进行了高通量测序，分析了微生物群落的变化。测序数据经过质量控制后，存档于NCBI序列读取档案数据库，编号为PRJNA996511。
主要结果
1. 长期营养物去除性能
在全规模AOA系统运行一年后，出水中的TN和TP平均浓度分别为7.53 ± 0.81 mg/L和0.37 ± 0.05 mg/L，NH4+-N和TN的去除效率分别为96.49%和70.92%。TP的去除效率在系统运行初期较低，但随着SRT的调整，去除效率提高至83.61%。COD的去除效率稳定在90.66%。
营养物去除机制
在预厌氧区，TN的损失主要归因于外部碳源驱动的反硝化作用。在好氧区，TN的损失通过同步硝化反硝化（SND）和微生物同化作用实现。在后缺氧区，TN的去除率为41.29%，主要依靠内部碳源驱动的反硝化作用。此外，后缺氧区还通过反硝化除磷进一步降低了出水中的磷浓度。
后缺氧区脱氮驱动力
批次实验表明，EPS中的蛋白质物质在后缺氧区随着硝酸盐的减少而减少，表明这些蛋白质物质可能是脱氮的潜在驱动力。此外，细胞裂解产物如腐殖酸和蛋白质也可能为后反硝化提供碳源。
微生物群落分析
AOA系统中的主要优势菌门为厚壁菌门（Firmicutes）、绿弯菌门（Chloroflexi）和放线菌门（Actinobacteriota）。发酵菌的相对丰度为31.66-55.83%，其发酵代谢产物为脱氮和除磷提供了额外的底物和能量。
结论
本研究首次在全规模污水处理厂中验证了AOA工艺在低C/N比条件下的高效营养物去除能力。通过充分利用内部碳源，AOA系统在减少外部碳源添加的同时，实现了高效的氮和磷去除。此外，AOA工艺还减少了剩余污泥的产生，并降低了曝气能耗，具有显著的节能潜力。该研究为污水处理厂提供了一种可行的技术升级方案，特别是在处理低碳氮比废水时具有广泛的应用前景。
研究亮点
1. 首次在全规模污水处理厂中应用AOA工艺，并验证了其在低C/N比条件下的高效营养物去除能力。 2. 通过批次实验和微生物群落分析，揭示了后缺氧区脱氮的驱动力，特别是EPS和细胞裂解产物在脱氮过程中的作用。 3. AOA工艺在减少剩余污泥产生和降低能耗方面表现出显著优势，为污水处理厂的节能和高效运行提供了新的技术路径。
其他有价值的内容
研究还指出，AOA工艺在脱氮过程中可能产生更多的N2O（一种强效温室气体），因此未来需要对该工艺的低碳优势进行更全面的评估。此外，研究未能定量分析所有内部碳源，未来需要进一步探讨这些碳源的类型转换和空间转移机制。