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
本研究由*****g An、Xinjie Gao、Baishuo Shao、Qiong Zhang、Jing Ding和Yongzhen Peng共同完成，研究机构为北京工业大学国家城市污水处理与资源化工程技术研究中心。该研究于2024年发表在《Environmental Science & Technology》期刊上，DOI为10.1021/acs.est.3c06746。
学术背景
本研究属于环境科学与技术领域，特别是污水处理过程中的氮去除与温室气体减排技术。随着碳中和目标的提出，污水处理厂（WWTPs）的排放标准日益严格，不仅包括出水指标，还涉及碳排放。污水处理过程中的直接碳排放主要来自生物反应过程中产生的温室气体，如CO₂、N₂O和CH₄。其中，N₂O是一种强效温室气体，其全球变暖潜势（GWP100）是CO₂的265倍，CH₄的10倍。N₂O是生物脱氮（BNR）过程中不可避免的副产物，因此控制N₂O排放对实现碳中和具有重要意义。
厌氧/好氧/缺氧（AOA）工艺是一种新型生物处理工艺，具有节能和高效脱氮的潜力，但其在N₂O排放方面的研究尚不充分。本研究旨在通过设计一种新型气体收集连续流反应器，全面评估AOA工艺中N₂O的排放特征，并通过增强内源反硝化（ED）和自富集厌氧氨氧化（Anammox）来优化氮去除并实现N₂O减排。
研究流程
本研究分为多个步骤，详细流程如下：
反应器设计与实验操作
研究设计了一种气体收集连续流反应器，包括进水池、生物反应器和二次沉淀池。生物反应器体积为75升，分为10个隔间，包括厌氧、好氧和缺氧区。反应器通过密封盖和气体收集点收集各功能区的气体，并通过水力密封确保气密性。实验分为两个阶段：启动阶段（第1-60天）和强化阶段（第61-160天）。启动阶段主要用于驯化接种污泥，评估N₂O排放；强化阶段通过调整功能区比例、溶解氧浓度、残余NH₄⁺-N和外加碳源等策略优化氮去除，并评估优化后的N₂O排放。
接种污泥与实验用水
接种污泥取自北京高碑店污水处理厂的预脱水污泥，实验用水取自北京工业大学家庭生活污水。实验用水的COD为81.61-280.23 mg/L，NH₄⁺-N为41.46-69.25 mg/L，C/N比为1.67-4.28。
批次实验
研究通过批次实验探索了不同电子受体在AOA系统中的电子竞争能力，以及Anammox活性。实验分为两组：一组用于探索不同反硝化还原酶的电子竞争，另一组用于测定Anammox活性。实验结果表明，NO₃⁻和N₂O共存时，N₂O优先被消耗，而NO₂⁻的存在会导致N₂O积累。
分析方法
N₂O的测定包括液相和气相两部分。液相中的溶解N₂O通过N₂O微传感器在线测定，气相中的N₂O通过气相色谱法测定。其他化学指标如NH₄⁺-N、NO₂⁻-N、NO₃⁻-N和COD等通过流动注射分析仪和快速分析仪测定。
微生物群落与功能基因分析
研究通过定量实时PCR（qPCR）和高通量测序分析了不同阶段的功能基因丰度和微生物群落结构。结果表明，随着系统优化，N₂O还原菌的丰度增加，而N₂O产生菌的丰度减少。Anammox相关基因的表达量显著增加，表明Anammox在缺氧区发挥了重要作用。
主要结果
1. 氮去除性能
在启动阶段，系统的氮去除效率（NRE）为67.65%，NO₃⁻去除率为1.76 mgN/(L·h)。通过优化操作，NRE提高至81.96%，NO₃⁻去除率提高至3.99 mgN/(L·h)。Anammox活性在缺氧区显著增强，贡献了41.3%的总氮去除。
N₂O排放与积累
在启动阶段，缺氧区的N₂O排放因子（EF）为0.28%，通过优化操作，EF降至0.06%。溶解N₂O在好氧区积累，进入缺氧区后迅速降解，最终出水中的溶解N₂O浓度降至0.01 mgN/L以下。缺氧区从N₂O源转变为N₂O汇，溶解N₂O去除率达到94.08%。
微生物群落与功能基因
高通量测序结果显示，随着系统优化，N₂O还原菌（如Azospira和Paracoccus）的丰度增加，而N₂O产生菌（如Thermomonas和Thauera）的丰度减少。Anammox相关基因（如hzsB和hdh）的表达量显著增加，表明Anammox在缺氧区发挥了重要作用。
结论
本研究通过增强内源反硝化和自富集Anammox，成功实现了AOA工艺中N₂O的减排，同时提高了氮去除效率。研究结果表明，AOA工艺在低C/N比市政污水处理中具有显著的碳减排潜力，特别是在缺氧区通过内源反硝化和Anammox耦合实现了N₂O的有效去除。该研究为设计更高效、可持续的污水处理厂提供了重要策略，推动了实际环境技术的进步。
研究亮点
1. 首次在连续流AOA工艺中实现了N₂O排放的原位测定，并成功将缺氧区的N₂O排放因子控制在0.06%。 2. 通过增强内源反硝化和自富集Anammox，显著提高了氮去除效率，并实现了N₂O的有效减排。 3. 研究揭示了内源反硝化和Anammox在N₂O减排中的协同作用，为污水处理厂的碳减排提供了新思路。
其他有价值的内容
研究还通过批次实验和高通量测序深入探讨了不同电子受体在反硝化过程中的电子竞争机制，以及Anammox在缺氧区的活性变化。这些结果为理解AOA工艺中的氮代谢和N₂O减排机制提供了重要依据。