这篇文档属于类型b，即一篇科学论文，但不是单一原创研究的报告。以下是对该文档的学术报告：

作者与发表信息

该论文的主要作者包括Yan Chen、Jiangping Wu、Jiawei Zhao、Huizi Yang、Hamed Attaran Dovom、Muttucumaru Sivakumar和Guangming Jiang，他们均来自澳大利亚伍伦贡大学（University of Wollongong）的土木、采矿、环境与建筑工程学院。论文于2025年2月17日发表在《Water Research》期刊上，题目为《A critical review of sulfide and methane control in urban sewer systems using nitrogen compounds》。

论文主题

该论文的主题是对城市下水道系统中使用氮化合物控制硫化氢（hydrogen sulfide）和甲烷（methane）的剂量策略、工作机制和有效性进行批判性综述。硫化氢和甲烷是下水道气体中的主要成分，它们不仅会导致恶臭、腐蚀和温室气体排放，还对废水处理基础设施和环境造成严重危害。论文详细探讨了硝酸盐（nitrate）、亚硝酸盐（nitrite）、游离亚硝酸（free nitrous acid, FNA）、游离氨（free ammonia, FA）和有机硅季铵盐（organic silicon quaternary ammonium salt, QSA）等氮化合物在下水道气体控制中的应用。

主要观点与论据

1. 氮化合物的剂量策略

论文首先介绍了氮化合物的不同剂量策略，包括连续剂量（continuous dosing）、间歇剂量（intermittent dosing）和冲击剂量（shock dosing）。连续剂量可以进一步分为恒定浓度（constant concentration）、昼夜变化（diurnal profiled）和动态响应（dynamic responsive）三种模式。间歇剂量和冲击剂量则主要用于FNA和FA等具有抑制或杀菌作用的化合物。论文通过多项研究数据展示了这些剂量策略在不同下水道系统中的有效性，并指出动态响应剂量策略在高度变化的条件下具有显著优势。

支持证据：例如，硝酸盐的连续剂量在上升管（rising main）系统中能够实现66%至100%的硫化氢去除率，而间歇剂量的FNA在0.09至0.26 mg N/L的浓度下也能达到80%至88%的去除效果。

2. 氮化合物的工作机制

论文详细阐述了氮化合物控制硫化氢和甲烷的多种机制。硝酸盐和亚硝酸盐通过提高氧化还原电位（redox potential）和引入微生物硫化氧化和甲烷氧化过程来减少硫化氢和甲烷的产生。FNA和FA则通过破坏细胞膜、改变细胞内pH值和阻断代谢途径来抑制硫酸盐还原和甲烷生成。此外，论文还探讨了QSA通过电荷中和破坏微生物细胞膜的机制。

支持证据：例如，FNA通过生成反应性氮中间体（如ONOO-）对微生物细胞造成氧化损伤，从而抑制硫酸盐还原和甲烷生成。FA则通过穿透细胞膜并改变细胞内pH值，抑制关键酶的活性，进而减少甲烷和硫化氢的产生。

3. 氮化合物的控制效果

论文总结了不同氮化合物在下水道系统中控制硫化氢和甲烷的效果。硝酸盐和亚硝酸盐在连续和间歇剂量下均表现出较高的去除效率，而FNA和FA则在高浓度下表现出显著的杀菌效果。QSA虽然在硫化氢和甲烷控制中的应用较少，但其在75 mg N/L的剂量下也能达到44%至85%的甲烷去除率。

支持证据：例如，硝酸盐在30 mg N/L的浓度下能够实现100%的甲烷去除率，而FA在154 mg N/L的冲击剂量下也能达到100%的甲烷去除效果。

4. 氮化合物对微生物群落的影响

论文还探讨了氮化合物剂量对下水道系统中微生物群落的影响。硝酸盐和亚硝酸盐的剂量会显著减少硫酸盐还原菌（SRB）和产甲烷菌（MA）的丰度，同时促进硫氧化菌（SOB）和硝酸盐还原菌（HNRB）的生长。FNA和FA则通过抑制或灭活SRB和MA来减少硫化氢和甲烷的产生。

支持证据：例如，硝酸盐的连续剂量在上升管系统中使SRB和MA的丰度分别减少了8.8%和30%，而FNA在0.81 mg N/L的剂量下使SRB的丰度减少了31.5%。

5. 氮化合物的成本效益

论文还评估了不同氮化合物的成本效益。尿液生成的FA和FNA被认为是最经济的选项，而硝酸盐和亚硝酸盐的成本较高。论文建议通过优化剂量策略和结合其他化学物质（如铁盐或氧气释放化合物）来降低化学品的消耗和成本。

支持证据：例如，尿液生成的FA成本为0.39澳元/毫升，而硝酸盐的成本则高达41.3至483.6澳元/毫升。

6. 氮化合物的其他影响

论文还讨论了氮化合物剂量对下游废水处理厂（WWTPs）的影响。硝酸盐和亚硝酸盐不会显著增加氮负荷，但可能会减少有机碳负荷。FNA和FA的间歇剂量对下游处理过程的影响较小，而QSA则主要通过吸附在下水道生物膜和沉积物中，逐渐释放和降解。

支持证据：例如，硝酸盐的连续剂量在15至47 mg N/L的浓度下，N₂O的生成量低于1 mg N/L，表明其对温室气体排放的影响较小。

论文的意义与价值

该论文通过系统综述氮化合物在城市下水道系统中的应用，为硫化氢和甲烷的控制提供了全面的科学依据。论文不仅总结了现有研究的成果，还提出了未来研究的方向，如尿液作为绿色化学品的应用、智能剂量策略的开发以及氮化合物与其他化学物质的结合使用。这些建议为下水道系统的可持续管理提供了新的思路，具有重要的科学和应用价值。

论文的亮点

论文的亮点在于其全面性和批判性。它不仅总结了氮化合物的剂量策略和工作机制，还通过大量数据支持了其有效性。此外，论文还提出了创新的研究方向，如尿液生成FA和FNA的应用，以及智能剂量策略的开发。这些内容为下水道气体控制领域的研究和实践提供了重要的参考。