近年来基于半短程硝化与厌氧氨氧化的自养脱氮工艺(PN/A)成为低碳氮比废水处理的新方向。半短程硝化工艺将通过各种手段抑制NOB细菌，从而AOB细菌将部分NH4+-N转化为NO2--N，Anammox细菌则可利用AOB细菌产生的NO2--N替代氧气(O2)作为电子受体将剩余的NH4+-N转化为N2, 而无需有机碳源。因此，与传统生物脱氮工艺相比，PN/A工艺可节约100% 外加有机碳源，节省 60% 的曝气量，并降低80%的污泥产量，从而降低工艺的能耗和运行费用。如何有效抑制NOB细菌和减少强温室气体氧化亚氮（N2O）的排放成为进一步提升PN/A工艺的关键。本研究在生物膜和絮状污泥共存的IFAS反应器中耦合PN/A工艺（如下图所示），提出将侧流衍生的游离氨（FA）和游离亚硝酸（FNA）作为抑制剂来处理PN/A工艺的回流污泥。300天的IFAS反应器实验发现FA无法有效抑制NOB细菌活性，反而导致Anammox细菌活性降低。相比而言，FNA在有效抑制NOB活性的同时不影响AOB和Anammox细菌的活性。进一步研究表明，高浓度FNA能够实现N2O的减排。综合实验数据和经济分析，本文最终确定了最优处理条件为2.0 mg HNO2-N/L，4小时接触时间和每周一次的处理频率。在此条件下，IFAS反应器能够取得65%的总氮去除率，130 mg N/L/d的总氮去除速率，以及最低的成本和碳排放。

　　反硝化厌氧甲烷氧化(DAMO)能够进一步提高生物脱氮效率并降低强温室气体CH4的排放。DAMO微生物主要包括DAMO细菌和DAMO 古菌。它们可以利用污水或污泥厌氧处理产生的CH4作为电子供体，实现厌氧甲烷氧化和反硝化，在将NO3--N和NO2--N转化为N2的同时，强温室气体CH4被氧化去除。然而DAMO微生物的缓慢生长特性阻碍了这一技术的应用。同时，DAMO与Anammox耦合工艺中不同微生物之间竞争和协同作用还缺乏进一步的表征，其在悬浮生长系统中的动力学研究鲜少报道。针对这一问题，彭来教授团队构建了描述悬浮生长系统中DAMO和Anammox耦合工艺的数学模型，利用批次反应器和膜曝气膜生物反应器（MAMBR）中的实验数据对模型进行校准和验证。模型成功预测了不同运行条件下微生物群落的变化和氮素的去除。动力学参数分析表明DAMO古菌在悬浮生长系统中取得了快速生长速率和高生长得率。模型模拟结果进一步揭示了通过控制污泥停留时间能够在MAMBR中成功截留DAMO古菌和Anammox细菌，淘汰DAMO细菌，从而实现经济高效的生物脱氮。这一模型的提出明晰了DAMO和Anammox的耦合过程，为可持续废水处理新技术的设计与运行提供了新思路。

　　《Environmental Science & Technology》是环境领域最具权威的学术期刊。彭来教授，澳大利亚昆士兰大学博士，欧盟玛丽居里研究员，武汉理工大学资源与环境工程学院教授，从事水污染控制及资源回收新技术的研发工作。近五年在Environmental Science& Technology，Water Research等环境领域顶级期刊上发表高水平论文60余篇。2016年获得欧盟地平线2020玛丽居里奖，2018年获得比利时水协年度科研成果奖并于同年入选省部级人才计划。