碳氮比与硫酸盐浓度对同步短程硝化反硝化除磷(SPNDPR)工艺的影响机制研究

为解决低碳氮比(C/N)废水处理难题，研究人员通过序批式反应器(SBR)探究了C/N比(6.67–3.33)和硫酸盐浓度(50–300 mg/L)对同步短程硝化反硝化除磷(SPNDPR)工艺的影响。结果表明，系统在低溶解氧(DO)和间歇曝气条件下，实现了NH4+-N(99.88%)、总无机氮(TIN,79.90%)、PO43--P(91.67%)和COD(92.60%)的高效去除，并揭示了微生物群落(AOB/NOB、PAOs/GAOs)的调控机制，为低碳废水处理提供了新思路。

　　

随着城市化进程加速，污水处理厂面临低碳氮比(C/N)废水处理的严峻挑战。传统生物脱氮除磷工艺需消耗大量能源进行曝气，且碳源不足会导致脱氮效率低下。如何在不增加能耗的前提下实现高效营养盐去除，成为环境工程领域的核心难题。

陕西省自然科学基金项目(No. 2023-JC-YB.480)支持的研究团队通过191天的实验，在序批式反应器(SBR)中构建了同步短程硝化反硝化除磷(SPNDPR)系统。研究人员采用低溶解氧(DO 1-2 mg/L)和间歇曝气策略，系统考察了C/N比(6.67–3.33)和硫酸盐浓度(50–300 mg/L)对工艺性能的影响，结合高通量测序解析了微生物群落演变规律。

关键技术包括：1) 建立SPNDPR-SBR反应器系统(有效容积3 L)；2) 采用机械搅拌(250 rpm)控制污泥悬浮；3) 通过实时荧光定量PCR分析功能基因；4) 利用16S rRNA测序技术追踪微生物群落动态。

【The establishment of the SPNDPR系统】阶段实验显示，系统对NH₄⁺-N、TIN和PO₄^3--P的去除率分别达99.88%、79.90%和91.67%。氨氧化细菌(AOB, Nitrosomonas)与亚硝酸盐氧化细菌(NOB, Nitrospira)的丰度比从0.34提升至2.09，证实短程硝化成功建立。

【Conclusions】表明：当C/N=5时系统性能稳定；但C/N降至3.33时TIN和PO₄^3--P去除率分别降至83.99%和88.08%。硫酸盐浓度升高至300 mg/L时，TIN和PO₄^3--P去除效率进一步下降至87.22%和60.22%，同时硫酸盐还原菌(SRB, Desulfomicrobium和Desulfosporosinus)丰度显著增加(合计6.82%)。

该研究首次系统阐明了C/N比和硫酸盐对SPNDPR工艺的协同影响机制，为低碳废水处理提供了重要理论依据。Yihan Cao等作者发现，通过调控DO和曝气模式可富集聚磷菌(Candidatus Accumulibacter)和糖原积累菌(Candidatus Competibacter)，实现"一碳两用"。研究成果发表于《Biochemical Engineering Journal》，对推动污水处理节能降耗具有重要实践价值。