这篇文档属于类型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Taotao Shang、Xiaorong Zhu、Xiaofei Gong、Jingwen Guo、Xiyao Li、Qiong Zhang和Yongzhen Peng共同完成。主要作者来自北京工业大学的国家城市污水处理与资源化工程技术研究中心,部分作者来自首都医科大学北京同仁医院内分泌科和北京糖尿病研究所。该研究于2023年4月1日发表在《Bioresource Technology》期刊上,文章编号为128995。
学术背景
本研究属于环境工程与微生物学交叉领域,重点关注污水处理中的氮去除技术。传统生物脱氮技术在处理低碳氮比(C/N)的污水时效率较低,且能耗高。厌氧氨氧化(Anammox)作为一种新型生物脱氮技术,具有无需外加碳源、污泥产量低、无N2O排放等优势,但其在主流污水处理中的应用面临两大瓶颈:一是亚硝酸盐(NO2-)的稳定供应问题,二是厌氧氨氧化菌(Anammox bacteria, AnAOB)的富集难度较大。本研究提出了一种新的策略,通过内源部分反硝化(Endogenous Partial Denitrification, EPD)驱动Anammox,在低C/N条件下实现高效脱氮,并探索了AnAOB在絮状污泥系统中的富集机制。
研究流程
本研究分为以下几个主要步骤:
1. 系统启动与运行
研究采用实验室规模的序批式反应器(SBR),运行模式为厌氧/好氧/缺氧(AOA),运行周期为280天。反应器内径18.3厘米,高46.0厘米,最大有效容积为10升。系统接种了具有内源反硝化活性的絮状污泥,进水为北京工业大学居民区的生活污水,C/N比为2-4。运行期间,系统不排放剩余污泥,仅通过排水控制污泥浓度。
批次实验
研究进行了两组批次实验:
分析方法
研究采用标准方法(APHA, 1998)分析NH4+-N、NO2–N、NO3–N和COD浓度,并通过qPCR和高通量测序技术分析功能菌群的动态变化。此外,研究还使用了15N同位素示踪法量化Anammox的氮去除贡献率。
主要结果
1. 系统长期运行性能
在低C/N(3.1)条件下,系统实现了高效脱氮,Anammox在缺氧阶段的氮去除贡献率达到78%。最终出水总无机氮(TIN)浓度为8.5 mg/L,氮去除率(NRE)达到83.5%。
批次实验结果
微生物群落分析
高通量测序结果显示,AnAOB(Candidatus Brocadia)的相对丰度从0.005%增加到0.92%,EPD相关菌群(如Candidatus Competibacter)的丰度也显著提升,表明EPD成功驱动了AnAOB的富集。
结论
本研究通过优化C/N比和温度,实现了EPD驱动Anammox的高效脱氮,并在絮状污泥系统中成功富集了AnAOB。研究结果表明,EPD-Anammox耦合工艺在低C/N生活污水处理中具有广阔的应用前景,为Anammox在主流污水处理中的推广应用提供了新思路。
研究亮点
1. 提出了EPD驱动Anammox的新策略,解决了Anammox在主流污水处理中NO2-供应不稳定的问题。
2. 在低C/N(3.1)条件下,实现了Anammox氮去除贡献率78%的高效脱氮。
3. 首次在絮状污泥系统中实现了AnAOB的原位富集,为Anammox技术的实际应用提供了重要参考。
其他有价值的内容
研究还探讨了温度对EPD和Anammox活性的影响,发现25℃为最佳运行温度。此外,通过15N同位素示踪法量化了Anammox的氮去除贡献率,为类似研究提供了可靠的方法学支持。
以上是对该研究的全面报告,涵盖了研究背景、流程、结果、结论及其科学价值。