AOA-AGS序批式反应器通过好氧刺激同步硝化反硝化实现低碳氮比废水高效处理

针对低碳氮比(C/N=4.6)废水处理难题，研究人员采用厌氧/好氧/缺氧-好氧颗粒污泥(AOA-AGS)序批式反应器，通过同步硝化反硝化除磷(SNDPR)机制，实现化学需氧量、氮磷高效去除。研究发现Candidatus_Competibacter(61.99%)主导的微生物群落通过内源反硝化增强脱氮，功能基因分析显示narG、nxrA等氮代谢基因丰度显著，为实际低碳氮比废水处理提供重要技术参考。

　　

随着工业化和农业活动加剧，低碳氮比(C/N)废水处理成为全球性难题。传统生物脱氮工艺面临碳源不足导致的脱氮效率低下、污泥膨胀等问题，而同步硝化反硝化除磷(SNDPR)技术因其"一碳多用"的特性被视为潜在解决方案。在这一背景下，中国的研究团队通过构建厌氧/好氧/缺氧-好氧颗粒污泥(AOA-AGS)序批式反应器，探索了极端低碳条件(C/N=4.6)下的废水处理新路径，相关成果发表于《Journal of Water Process Engineering》。

研究采用实验室规模反应器，通过120天的连续运行监测污染物去除效率，结合高通量测序分析微生物群落结构，并运用功能基因定量技术解析代谢通路。关键发现包括：系统在5-7 mg/L溶解氧条件下能实现NH₄⁺-N完全去除；颗粒污泥特有的氧扩散梯度形成微缺氧核心，促进同步硝化反硝化(SND)；糖原积累菌Candidatus_Competibacter占比高达61.99%，通过慢速生长维持颗粒结构并驱动内源反硝化。

Seeding sludge and wastewater
实验采用合成市政废水，以醋酸钠为唯一碳源，通过严格控制KH₂PO₄等营养盐配比模拟低碳氮比条件。接种污泥经过特殊驯化，形成以Candidatus_Competibacter为主导的稳定群落。

Pollutant removal efficiency
启动阶段数据显示，AGS系统总无机氮(TIN)去除率达47%，显著优于传统絮状污泥。功能基因分析揭示narG(硝酸盐还原酶)、nxrA(亚硝酸盐氧化酶)等氮代谢基因异常活跃，证实了颗粒污泥在碳限制条件下的代谢优势。

Conclusion
该研究首次系统论证了AOA-AGS工艺在极端低碳氮比条件下的可行性，揭示颗粒污泥通过"结构-功能"耦合实现高效SNDPR的机制。Candidatus_Competibacter的双重功能（维持颗粒结构/驱动脱氮）为工艺优化提供新思路，而氧扩散梯度形成的微环境则突破了传统脱氮理论对碳源需求的限制。这些发现为实际污水处理厂升级改造提供了理论依据和技术参数，特别适用于中国等面临严峻低碳氮比废水处理挑战的发展中国家。

值得注意的是，研究团队获得国家自然科学基金(52070076、52400034)和湖南省自然科学基金(2020JJ5057、2023JJ30132)支持，Jiyi Chen、Long Chen等作者在微生物群落分析和工艺优化方面做出突出贡献。该技术有望在工业园区废水处理、城市污水提标改造等领域实现规模化应用。