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中国城乡建设领域碳排放研究报告(2025)|市政设施篇:污水、垃圾等

   日期:2026-02-06 08:57:45     来源:网络整理    作者:本站编辑    评论:0    
中国城乡建设领域碳排放研究报告(2025)|市政设施篇:污水、垃圾等

中国城乡建设领域碳排放研究报告(2025)由中国建筑节能协会建筑能耗与碳排放数据专业委员会、重庆大学城乡建设与发展研究院撰写,由中国建筑节能协会和重庆大学联合发布。

图2 2024 年全国城市生活垃圾处理全过程碳排放(单位:万 tCO2-eq)
【附件下载】
2025中国城乡建设领域碳排放研究报告.pdf

来源:中国建筑节能协会

扩展阅读:

(1)基于温室气体实测与机器学习建模的污水处理过程碳排放研究

(2)基于长期现场实测的污水处理过程碳排放研究!

2025年一作/通讯已投稿SCI论文接近20篇,发表8篇SCI,1篇核心。参编团体标准2项,已发布,授权2项专利。学术报告5个。组织专刊1个。企业合作项目N个。

青岛水大会|赵伟华4个报告汇总:机器学习、碳核算、新型填料、AMX技术

赵伟华受邀并做报告:农村污水碳排放案例分析|第四届村镇水环境治理与产业发展论坛

赵伟华报告|基于温室气体实测与机器学习建模的污水处理过程碳排放研究

组织专刊:SCI专刊:污水处理减污降碳与AI赋能

担任以下期刊编委/青年编委

2025年1-8月发表论文汇总如下:
(一赵伟华BITE|新型侧流强化生物除磷系统高效脱氮除磷:性能、微生物及机制
(系统通过污泥回流实现碳源循环,减少外部投加成本)

颠覆性性能提升

在203天连续运行中,对比传统工艺实现三重突破

指标
传统EBPR
S2EBPR系统
提升幅度
磷去除率
75.3%
91.8%
↑16.5%
COD去除率
73.7%
83.2%
↑9.5%
峰值释磷量
29.7mg/L
49.3mg/L
↑66%
(侧流加入后除磷率突破90%,且运行稳定性显著提高)

微生物协作的奥秘

通过基因测序揭示三大功能菌群的协同机制:

  1. “明星菌”富集

    • 主流反应器富集:Candidatus Accumulibacter (相对丰度12.9%)
    • 侧流反应器富集:Dechloromonas (丰度达6.2%)
  2. 独特代谢路径

    • 侧流微生物将大分子有机物分解为VFAs
    • PAOs利用VFAs合成聚羟基脂肪酸酯(PHB)驱动除磷

基因层面的突破

宏基因组分析发现关键功能基因显著表达:

  • ppk1基因
    (聚磷酸盐激酶):丰度提升2.1倍
  • phnC基因
    (磷酸转运蛋白):丰度提升2.2倍
  • PHB合成酶
    :推动胞内碳源存储效率
(酶活性数据佐证代谢通路强化)

应用前景

该技术为污水处理厂改造提供新方向:✅ 无需依赖Tetrasphaera菌:突破传统S2EBPR技术限制✅ 减少碳源投加:侧流发酵降低30%外部碳源需求✅ 适配低碳磷比污水:在C/P=25.8条件下仍保持高效

团队正推进参数优化研究,未来有望应用于大型污水厂提标改造,助力“双碳”目标实现。


期刊信息:《Bioresource Technology》中科院一区TOPDOI: 10.1016/j.biortech.2025.133085基金支持:国家自然科学基金、山东省自然科学基金


作者简介

第一作者:邱浩杰,青岛理工大学环境与市政工程学院硕士研究生,研二在读,主要研究方向为城镇污水脱氮除磷。目前以第一作者在Bioresource Technology2篇),Journal of Water Process Engineering等期刊发表SCI论文3篇,授权专利2项。担任环研2301班长,研一至研二期间综测成绩连续两年专业第一。

通讯作者:赵伟华青岛理工大学副教授、硕导,曾任哈尔滨工业大学助理研究员。主持国家自然科学基金青年基金1项,主持山东省自然科学基金青年基金1项,累计主持参与10余项;发表论文60余篇(一作/通讯30篇),授权专利10余项。2024年作为共同完成人获得青岛市科技进步一等奖1项,参编标准3项。通讯作者联系邮箱:weihuazhao@qut.edu.cn.

(二赵伟华JWPE|不同盐度条件下IFAS系统,活性污泥系统与MBBR系统中的氮去除活性与功能微生物结构

图文摘要

研究背景

当前海产品养殖主要通过在近海设置网箱、在沿海地区设置池塘或在沿海设置围栏养殖等方式。而为维持较高密度的鱼虾生长则需要投加大量的饵料,导致沿海区域内产生大量的鱼虾排泄物与饵残,因此局部区域内的氨氮浓度会迅速上升,若处理不当排入水体则会导致水体富营养化或赤潮,威胁海洋生态环境。因此海产品养殖废水的处理一直是沿海地区水处理研究的热点之一。生物处理法因其经济高效的优点一直被广泛应用于各污水处理厂,在沿海地区海产品养殖废水处理中同样发挥着不可替代的作用。当前常见的污水生物处理主要有活性污泥法、生物膜法、泥膜复合法、菌藻共生系统等方法,这些处理方法或系统在处理海水养殖废水或含盐市政污水时都会受到盐度的冲击与影响,因此探究不同工艺或系统的氮去除性能受不同盐度条件的影响并以此选择最优工艺成为当前处理海产品养殖废水或含盐市政污水必须解决的问题之一。

主要内容

1)IFAS,活性污泥与MBBR三种系统在不同盐度冲击的影响下,按脱氮性能的排序为:IFAS系统>活性污泥系统>MBBR系统,IFAS系统具有最高的抗盐度冲击性能。同时三组系统均随着盐度的升高脱氮性能不断降低。

2)IFAS,活性污泥与MBBR三种系统在低盐度环境下(8g/L的环境等),其亚硝酸盐氧化作用与反硝化作用会受到较大的抑制作用,会发生明显的亚硝酸盐积累现象。

3)在高盐度的环境下,IFAS,活性污泥与MBBR三种系统的脱氮性能几乎受到完全抑制,同时相比于低盐度条件下亚硝酸盐的积累现象也明显减弱,在盐度为32g/L的条件下,三种系统的NH4+-N去除率仅为19.8%5.2%1.4%

4)MBBR与活性污泥中的门水平上的微生物主要为PseudomonadotaChloroflexotaBacteroidota,活性污泥中属水平上的微生物前三位分别为Dechloromonasg__norank_f__SaprospiraceaeTrichococcusMBBR中属水平上的微生物前三位分别为NitrospiraNitrosomonasg__norank_f__Saprospiraceae。MBBR与活性污泥中的属水平上的微生物差别较大,优势微生物有所不同,尤其是在DechloromonasNitrospira的相对丰度上差别较大,而FIAS系统同时拥有着MBBR与活性污泥的优势菌,这可能是IFAS系统受盐度冲击影响最小的原因之一。

未来发展

对于海产品养殖废水的处理,污水处理厂可采取稀释进水的方式降低进水中的盐度,同时在长期运行中驯化耐盐冲击的功能微生物,并选择合适的运行工艺则显得尤为重要。

本论文获得国家自然科学基金和山东省自然科学资金资助。

更多内容请阅读文章全文。

论文引用参考格式:

Haojie Qiu, Weihua Zhao, Zhisheng Zhao, Meng Bai, Xuejun Bi, Xiaolin Zhou, Yanyan Wang, Shaoqing Su, Yingying Qin, Chao Wang,Nitrogen removal activity and functional microbial community structure in IFAS, activated sludge, and MBBR systems under different salinity conditions, Journal of Water Process Engineering, Volume 76, 2025,108285.
https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2025.108285.

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(2)点击文末“阅读原文”获取

(3作者邮箱

weihuazhao@qut.edu.cn

作者简介

第一作者:邱浩杰,青岛理工大学环境与市政工程学院硕士研究生,研二在读,主要研究方向为城镇污水脱氮除磷。目前以第一作者在Bioresource Technology2篇),Journal of Water Process Engineering等期刊发表SCI论文3篇,授权专利2项。担任环研2301班长,研一至研二期间综测成绩连续两年专业第一。

通讯作者:赵伟华青岛理工大学副教授、硕导,曾任哈尔滨工业大学助理研究员。主持国家自然科学基金青年基金1项,主持山东省自然科学基金青年基金1项,累计主持参与10余项;发表论文55篇(一作/通讯30篇),授权专利8项。2024年作为共同完成人获得青岛市科技进步一等奖1项,参编标准3项。通讯作者联系邮箱:weihuazhao@qut.edu.cn.

(三JECE综述:氨氧化微生物的发现、氮代谢途径、影响因素及贡献率研究进展

第一作者:王艳艳

通讯作者:赵伟华

通讯单位:青岛理工大学

共同作者: 王艳艳; 赵伟华;白萌; 秦颖颖

DOI:https://doi.org/10.1016/j.jece.2025.117477

上线日期:2025年6月6日

发表期刊:Journal of Environmental Chemical Engineering

论文分区:中科院二区(JCR一区

图文摘要
成果简介
氨氧化是全球氮循环的核心步骤,也是硝化过程的限速步骤。参与氨氧化过程的微生物可分为好氧型和厌氧型。好氧氨氧化微生物(AOMs)包括氨氧化细菌(AOB)、氨氧化古菌(AOA)和完全氨氧化菌(comammox)。氨氧化古菌能够适应极端环境和营养贫瘠的生态环境;完全氨氧化菌能够独立完成从NH₄⁺-N到NO₃⁻-N的整个氨氧化过程;而厌氧氨氧化细菌则能在缺氧条件下,通过独特的代谢途径,高效地将氨和NO₂⁻-N转化为氮气(N₂),并释放能量。本文综述了好氧氨氧化微生物的发现、分类、生态分布、代谢特性及环境适应性,以及它们对氮循环的贡献。此外,还探讨了氨氧化古菌的代谢多样性和生态意义,以及新兴微生物类群——完全氨氧化菌的研究进展。最后,总结了现有研究中存在的争议(如不同氨氧化途径的具体机制)和知识空白(包括影响氨氧化微生物的环境驱动因素)。本综述旨在促进对氨氧化微生物生态功能的深入理解及其在环境系统中的潜在应用。
图文导读
图1. (A)氨氧化细菌(AOB)和(B)氨氧化古菌(AOA)的氨氧化代谢途径。AMO:氨单加氧酶;HAO:羟胺氧化还原酶;CuHAO:依赖铜的羟胺氧化还原酶;NIR:亚硝酸盐还原酶;CuNIR:依赖铜的亚硝酸盐还原酶;cyt:细胞色素;pcy:质体蓝素;Q/QH₂:醌池;NXOR:亚硝酸盐氧化还原酶

AOB首先是通过AMONH3氧化为NHOH, NH3作为AMO能量和还原剂。第二步是在HAONHOH转化为NO₂⁻-NAOB细胞内电子经醌池传递至AMO用于驱动NH3氧化成NHOH(1.1A)。因此,氨氧化成NO₂⁻-N的过程是在AMOHAO酶的共同作用下完成的

近年来,研究人员认为可能存在3AOA的氨氧化代谢途径(图1.1B):AMO/CuAMONH3氧化成NHOH,这一步的电子来自NHOH的氧化。NHOH被羟氨氧化还原酶复合物氧化为NO₂⁻-N释放,(2NH3还是被氧化成NHOH,不同之处在于启动氨氧化的电子是来自NO₂⁻-N的还原。(3NH3氧化生成硝酰基氢化物(HNO)而非NHOH,他们认为HNO大量迭代产生和消耗不是为了给AMO提供电子,而是直接作为反应物和生成物参与到了NHOH转化至NO₂⁻-N的过程中。AOA细胞内HNOCuNIR还原生成的NO,可作为氧化还原中介体传递电子至AMO启动氨氧化反应,或以HNO为中间体无需电子再循环启动NH3的氧化

图2. 完全氨氧化菌(comammox,即完整氨氧化过程)的氨氧化代谢途径。HURM:羟胺-泛醌氧化还原模块

相比于传统氨氧化菌的两步硝化过程,comammox的优势在于其能够以更短的途径实现NH₄⁺-N的完全氧化,comammox具有氨氧化过程中需要的关键功能酶基因组:AMOHAONXOR,可自行完成NH₄⁺-N氧化为NO₃⁻-N的全过程(图2全程氨氧化的标准热力学自由能变(ΔG°′=348.9 kJ/mol NH3)比单独的氨氧化(ΔG°′=274.7 kJ/mol NH3)NO₂⁻-N氧化(ΔG°′=74.1 kJ/mol NO₂⁻)释放的能量更多。从动力学理论角度来看,相较于两步硝化,可独立完成NH₄⁺-N完全氧化过程的comammox在多数环境中的适应能力更强。

图3. 厌氧氨氧化细菌(AnAOB)的氨氧化代谢途径。NIR:亚硝酸盐还原酶;HZS:联氨合成酶;HDH:联氨脱氢酶

随着微生物分析技术的发展,人们对AnAOB代谢过程的认识不断更新。Van De Graaf等研究发现在厌氧氨氧化过程中加入NHOH时会出现NH瞬时积累,且有学者发现人为加入NHOHNH能增强AnAOB的活性,在1997年,Van De Graaf基于同位素示踪技术提出了AnAOBNHOHNH为中间产物的三步代谢模型:(1NO₂⁻+4e-NHOH;(1NHOH+NH₄⁺NH;(1NHOH-4e-N。后面随着分子生物学及基因组学,其他研究人员在此模型基础上做了修改,两种模型最大的区别在于,前者认为亚硝酸的还原产物是NHOH,后者则认为亚硝酸的还原产物是NO。修正后的模型认为:(1NO₂⁻e-NO;2NONH₄⁺+3e-NH;3NHN4e-AnAOB厌氧氨氧化途径如图3所示。

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https://docs.qq.com/pdf/DUGFKS0R4ZHVNR3ZR

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引用格式:Yanyan Wang, Weihua Zhao, Meng Bai, Yingying Qin.Research progress on ammonia oxidizing microorganisms: The discovery, nitrogen metabolic pathways, influencing factors and contribution rate,Journal of Environmental Chemical Engineering,Volume 13, Issue 5,2025,117477.

(四)ACS ES&T Eng:新型前置反硝化除磷:工艺、微生物和机理

第一作者:白萌

通讯作者:赵伟华

通讯单位:青岛理工大学

共同作者:白萌; 赵伟华; 邱浩杰; 王艳艳; 毕学军; 王博; 黄书娟; 周小琳; 樊星; 杨传玺; 秦颖颖

DOI:https://doi.org/10.1021/acsestengg.5c00194

图文摘要
成果简介
青岛理工大学环境与市政工程学院毕学军教授团队赵伟华在ACS ES&T Engineering上发表了题为“A novel pre-denitrification phosphorus removal system: process, microorganisms, and mechanism”的研究论文。为实现高效节能的污水处理,本研究开发了一种新型前置反硝化除磷工艺用于处理生活污水。结果表明,前置双污泥反硝化除磷系统通过“一碳两用”实现了氮磷的高效同步去除,经过300天的运行,该系统的化学需氧量(COD)、磷酸盐PO43--P、氨氮NH4+-N和总无机氮(TIN)的去除率分别达到了85.3%91.2%99.2%70.5%。微生物分析显示,硝化序批式反应器(NSBR)中的主要功能微生物为亚硝化单胞菌Nitrosomonas)和硝化螺旋菌(Nitrospira),其相对丰度分别为13.6%15.7%。而厌氧/缺氧序批式反应器A2SBR中的主要功能微生物为反硝化聚磷菌Dechloromonas和聚磷菌Candidatus Accumulibacter其相对丰度分别为21.8%1.8%。与硝化作用相关的酶nxrA以及与磷代谢相关的酶ppk1的比例显著增加,这是pre-A2NSBR系统取得良好氮、磷去除效率的主要原因。
全文速览
全球城市污水处理产生的碳排放约占社会总碳排放量的 0.5%~2%。实现城市污水处理减污与降碳的协同效应,对国家"双碳"战略目标的达成具有重要现实意义。我国城市污水的碳氮比(C/N)相对较低,脱氮除磷所需的碳源不足。在实际运行中,碳源通常优先用于脱氮,而除磷则多依赖化学法。这一过程不仅需要消耗大量化学药剂,增加碳排放,还会导致处理成本显著上升,与环保和碳中和的目标相悖。因此,在这一背景下,开发适合低 C/N 比城市污水的低碳、高效新型处理技术,已成为亟待解决的关键问题。传统的单污泥脱氮除磷工艺常面临一些问题,如硝化菌和聚磷菌的污泥龄矛盾,这使得其难以同时满足两类微生物的生长需求。而传统双污泥工艺如A2NSBR工艺,由于工艺运行时序导致部分氨氮未经硝化直接排放,从而使出水总氮浓度较高。因此本研究提出了一种新型前置pre-A2NSBR工艺。其创新点在于缺氧区前置和双污泥龄系统,分别设置厌氧/缺氧/好氧序批式反应器A2SBR和硝化序批式反应器NSBR用于反硝化除磷和硝化。该工艺克服了传A2NSBR工艺的缺点,如出水氨氮浓度高的瓶颈。它为低碳氮比废水通过反硝化除磷工艺处理提供了一个可行的技术解决方案,通过反硝化除磷“一碳两用”减少了碳源和化学物质的使用,降低了碳排放,显示出非常有潜力的工程应用前景。
图文导读

实验装置和运行时序图

本实验由一个厌氧/缺氧/好氧序批式反应器A2SBR和一个硝化序批式反应器NSBR组成。系统命名为pre-A2NSBR两个反应器有效体积均为9 L其中NSBR填充有40%的聚丙烯悬浮填料。进水、搅拌、曝气、硝化液回流和排水均通过时控制开关控制。根据运行模式的不同整个试验分为六个阶段。图1(a)为反应装置图,1 (b)为不同阶段运行时序。

Fig. 1 Different operating stages of the pre-A2NSBR system: (a) reactant diagram and (b) runtime diagram.

长期运行期间污染物去除情况

前置A2NSBR系统300天运行实验表明,基于除磷电子受体和其他工况差异可分为6个阶段:Ⅰ-Ⅲ阶段为好氧除磷阶段,通过厌氧/好氧模式与10 d短污泥龄富集好氧聚磷菌,COD平均去除率83.4%PO43--P去除率提升至87.9%NH4+-N去除率达97.2%,但因缺乏NO3--N回流导致总无机氮(TIN)去除率仅41.4%Ⅳ-Ⅵ阶段为反硝化除磷(DPR)阶段,通过NSBR出水内回流强化反应,COD去除率升至86.6%PO43--P去除率达96.3%,反硝化聚磷菌(DPAOs)成为优势菌群NH4+-N去除率提升至99.0%TIN去除率提高至71.4%,实现了低C/N污水的高效脱氮除磷与有机物去除。

Fig. 2. Nutrient removal under long-term operation: (a) COD, (b) NH4+-N, (c) PO43--P, and (d) TIN

不同阶段典型周期试验结果

好氧除磷典型周期(阶段 II,第104天)显示,厌氧阶段释磷量达 17.6 mg/L(图3a),但吸磷效果较差。此时,NH4+-N在进水稀释后于A2SBR好氧段发生硝化反应,结合后续微生物测序结果表明反应器中存在大量硝化细菌。A2SBR出水PO43--PCODNH4+-N浓度分别为4.563.01.2 mg/L;随后污水进入NSBR 硝化,NSBR 出水对应浓度为 3.538  0.4 mg/L。该阶段因缺乏NO3--N回流,出水NO3--N浓度较高(19.1 mg/L)。阶段III典型周期(第 162 天)的污染物变化表明,厌氧段释磷量达35.0 mg/L(图 3b),好氧段过量吸磷现象显示系统已具备良好的释磷-吸磷能力。进水稀释后,A2SBR NH₄⁺-N浓度仅波动 2 mg/L,说明系统中的硝化细菌已被排出。A2SBR出水PO43--PCOD NH4+-N浓度为 0.8348  25.82 mg/LNSBR硝化后,出水浓度分别降至 0.1634 0.82 mg/L。同样因缺乏NO3--N回流,出水NO3--N浓度为 24.73 mg/L。该周期结果表明,好氧除磷阶段已实现高效除磷。

阶段VI典型周期(第 248 天,反硝化除磷阶段)的污染物变化显示,厌氧段释磷量达 42 mg/L(图 3c),优于阶段II。随后好氧段发生过量吸磷,且NH4+-N在进水稀释后因 NO3--N 回流进一步被稀释,A2SBR 好氧段NH4+-N浓度基本稳定,表明A2SBR中硝化细菌含量已极低。A2SBR 出水 CODNH4+-NPO43--P浓度为50.015.1  0.4 mg/LNSBR 出水则降至 29.00.2  0.1 mg/L。该阶段因NO3--N回流量增加,出水NO3--N浓度降至 10.2 mg/L,表明反硝化除磷阶段实现了优异的同步脱氮除磷效果。

Fig. 3. Pollutant removal during typical cycles:(a) Phase II, day 104; (b) Phase III, day 162; and (c) Phase VI, day 248.

除磷A2SBR反应器微生物组成情况

通过高通量测序和宏基因组学对系统微生物结构分析显示:好氧除磷阶段功能菌:聚磷菌Candidatus Accumulibacter(丰度从0.2%升至7.6%)和具反硝化除磷功能的Dechloromonas(丰度从0.7%升至5.2%)为主要功能菌,实现高效好氧除磷。反硝化除磷阶段功能菌:Dechloromonas(丰度增至21.8%)主导同步脱氮除磷Thauera(丰度从3.9%升至6.2%)强化反硝化。工艺模式转变驱动功能菌群演替,反硝化除磷阶段菌群结构更优,系统脱氮除磷效率显著提升。

Fig. 4. Microbial changes in A2SBR: (a) phylum level; (b) genus level; changes in the main functional microbial community structure of A2SBR: (c) oxic phosphorus removal stage; and (d) DPR stage.

硝化NSBR反应器微生物组成情况

5b显示了好氧除磷阶段NSBR主要功能微生物的变化,在该阶段末期检测到两种主要脱氮功能菌——NitrospiraNitrosomonas相对丰度分别达14.4%7.2%。在反硝化除磷阶段,NSBR中这两种主要硝化功能菌的相对丰度仍维持较高水平,分别为15.7%Nitrospira)和13.6%Nitrosomonas(图5d),为系统的稳定运行和NH₄⁺-N的高效去除提供了有力支撑。

Fig. 5. Microbial changes in NSBR: (a) phylum level; (b) genus level; Changes in the main functional microbial community structure of NSBR: (c) oxic phosphorus removal stage; and (d) DPR stage.

前置A2NSBR系统微生物群落演替

A2SBR中典型聚磷菌DechloromonasCandidatus Accumulibacter占主导(图6a)。第132天两者相对丰度分别为3.1%3.7%,至第248Dechloromonas显著增至21.8%,而Candidatus Accumulibacter降至1.8%,同时反硝化菌Thauera富集至6.2%这解释了A2SBR从好氧除磷向反硝化除磷(DPR)的转变。 NSB硝化菌群:NSBRNitrospiraNitrosomonas为主(图6b),第248天两者丰度分别达15.7%13.6%,支撑系统高效硝化能力。系统发育分析:通过系统发育树(图6c)结合柱状图显示,功能微生物分布与高通量测序结果高度一致,表明前置A2NSBR成功富集了各功能菌群,系统构建良好。物种水平关联分析:通过相关性网络图进一步分析系统物种水平微生物动态变化(补充材料图S11-S16),揭示环境样本中微生物间的关联性及与环境变化相关的关键物种。

Fig. 6. Analysis of species and functional differences: (a) comparison of A2SBR at day 132 and day 248, (b) comparison of NSBR at day 132 and day 248, and (c) phylogenetic evolutionary tree of pre-A2NSBR.

氮磷循环功能基因分布

氮循环功能基因:图 7 显示氮循环通路中关键酶及其编码基因的丰度变化。NSBR 中硝化功能基因(nxrABhaopmoABC-amoABC)为氮代谢主要功能基因,其中亚硝酸还原酶基因(nxrA)在反应器中快速富集,成为主导硝化基因(图 7b),与高通量测序结果一致,表明 NSBR 以硝化功能为主。磷代谢功能基因:图7a显示驯化过程中磷代谢酶编码基因的显著差异。其中磷酸葡萄糖变位酶基因(pgm)在驯化后显著上调,推动糖原代谢中葡萄糖-1-磷酸转化为葡萄糖-6-磷酸;聚磷酸盐激酶基因(ppk1)作为催化细胞内多聚磷酸盐合成的关键酶基因,在反硝化除磷污泥驯化中表达显著增强,表明细胞内多聚磷合成量在驯化前后发生明显变化。此外,fabGaccCPHA合成通路相关基因在驯化中多数显著上调,表明反硝化除磷污泥驯化促进了活性污泥内碳源存储。功能基因贡献度分析KEGG功能基因属水平贡献度统计显示,ppk1基因主要由聚磷菌(如Candidatus_AccumulibacterDechloromonas携带;PHA合成关键基因fabGaccC分别由Candidatus_CompetibacterDechloromonas贡献度最高(图8c)。氮代谢通路中,NSBR硝化过程主要由NitrosomonasNitrospira主导。这些功能基因与微生物的高度富集,表明系统具备优异的反硝化除磷能力。

Fig. 7 Changes in the relative abundances of genes related to the pre-A2NSBR system: (a) phosphorus metabolism; (b) nitrogen metabolism; (c) changes in the abundance of nitrogen metabolism-related genes; and (d) changes in the abundance of phosphorus metabolism-related genes.

Fig. 8. PHA and phosphorus metabolism processes in the pre-A2NSBR system.

小结

本研究通过对前置pre-A2NSBR系统六阶段运行模式的深入研究,成功构建了新型高效双污泥反硝化除磷(DPR)系统。经300天连续运行与分析,系统通过优化碳源利用实现同步脱氮除磷,处理性能优异。NSBR中硝化菌以Nitrosomonas13.6%)和Nitrospira15.7%)为主;A2SBR除磷功能菌中,反硝化除磷阶段反硝化聚磷菌Dechloromonas21.8%占主导,好氧除磷阶段聚磷菌CandidatusAccumulibacter7.6%为优势菌。硝化关键酶基因nxrA与磷代谢基因ppk1的显著富集,推动碳氮磷循环协同优化,为低碳污水处理技术突破提供支撑。

引用格式:Meng Bai , Weihua Zhao, Haojie Qiu, Yanyan Wang, Xuejun Bi, Bo Wang, Shujuan Huang, Xiaolin Zhou, Xing Fan, Chuanxi Yang, Yingying Qin. A novel pre-denitrification phosphorus removal system: process, microorganisms, and mechanism. ACS ES&T Engineering.2025 

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(五)JCLP :农村污水碳排放时空分布

Journal of Cleaner Production :采用缺氧-厌氧-好氧膜生物反应器工艺处理农村污水过程中产生的碳排放

Carbon emissions from rural wastewater treatment using the anoxic-anaerobic-oxic membrane bioreactor process
科研团队:青岛理工大学城镇污水处理与资源化技术创新团队
第一作者:苏少卿
通讯作者:赵伟华

作者排序:Shaoqing Su1, Chao Wang1, Caicai Lu 2, Weihua Zhao1*Changqing Liu1, Dong Chen1Bo Jiang1, Xing Fan1, Zhisheng Zhao1, Yue Chen2, Jianxiang Li2

通讯单位:青岛理工大学

论文DOI:https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2025.145640

上线日期:2025年5月3日

发表期刊:Journal of Cleaner Production

论文分区:中科院一区

图文摘要

研究背景

近年来,随着对农村生态环境的保护愈发重视,农村生活污水的收集与处理受到越来越多的关注。据统计农村污水的排放量占中国污水总排放量的30%以上。截止到20246月,我国农村污水治理率达到45%,其产生的碳排放量不容小觑。目前国内外对于污水处理过程碳排放研究聚焦于城镇污水处理厂,缺乏对于农村生活污水处理过程的碳排放研究。农村生活污水与城市生活污水相比具有规模小、分布广、污染面积大、间歇排放、水质与水量变化大等特点
本研究以18个农村污水处理站点为研究对象,分析处理实际生活污水的碳排放特征,本研究的研究目的是:1)核算直接碳排放强度与间接碳排放强度,并分析其分布特征;2)对碳足迹结果进行统计分析,探究其与水质参数的相关性;3)核算18个站点的碳排放总量,并分析其主要贡献来源。以期通过本研究为农村污水处理站减污降碳提供指导参考。

主要内容和研究结论

      本研究针对农村污水处理碳排放领域研究不足的现状,评估了18座采用全地下式&厌氧-缺氧-好氧膜生物反应器(AAO-MBR)工艺的农村污水处理设施(WWTSs)的碳排放情况。研究结果表明,直接碳排放指标(CEIs)和间接碳排放指标均呈现出明显的季节性变化特征,夏季排放较低,冬季排放较高。碳足迹计算显示,这18座农村污水处理设施的平均碳足迹为4.36 kg CO₂当量/m³。其中,因用电产生的间接碳排放占比达75.15%,是整体碳足迹的主要贡献因素。相关性分析表明,进水污染物浓度、处理规模等均对碳足迹有显著影响。与大型城市污水处理厂相比,农村污水处理设施规模较小,这是导致相同工艺/同等工况等条件下其碳足迹较高的主要原因。未来研究应着重优化农村污水处理系统的设计与运行,注重资源化和降低能耗,助力农村污水处理系统的可持续发展。

Fig. 2. Variation in direct CEI across the 18 rural WWTSs over the study period.

Fig. 3. (a) Temporal variation in direct CEI and (b) comparisonof direct CEIs across WWTSs.

Fig. 7. (a) Stacked histogram of carbon footprint results and (b)Spearman’s correlation between carbon footprint and other variables. PAM: polyacrylamide; PAC: polymeric aluminum chloride; TNinftotal nitrogen concentration in the influent; BODinf: biochemical oxygen demand of the influent water; CODinf: chemical oxygen demand of the influent wastewater; NH4+-Ninf: ammonia nitrogen concentration in the influent. “**” and “*” indicate significance at p < 0.01 and p < 0.05, respectively.

Fig. 8. (a) Contribution of major substances to the total carbon emissions of each rural WWTS and (b) temporal changes in total carbon emissions. PAM: polyacrylamide; PAC: polymeric aluminum chloride.

基金资助

本论文获得国家自然科学基金(青年基金)和山东省自然科学资金(青年项目)资助。
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论文引用参考格式:

Shaoqing Su, Chao Wang, Caicai Lu, Weihua Zhao*, Changqing Liu, Dong Chen, Bo Jiang, Xing Fan, Zhisheng Zhao, Yue Chen, Jianxiang Li.Carbon emissions from rural wastewater treatment using the anoxic-anaerobic-oxic membrane bioreactor process,Journal of Cleaner Production,2025,145640.

通讯作者联系邮箱:weihuazhao@qut.edu.cn
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(六)BITE:基于碳捕获理念的新型厌氧氨氧化强化A-B污水处理工艺

Bioresource Technology:Novel anammox-enhanced A-B wastewater treatment process based on carbon capture concept
科研团队:青岛理工大学城镇污水处理与资源化技术创新团队

第一作者:白萌

通讯作者:赵伟华

通讯单位:青岛理工大学

接受日期:2025年3月19日

发表期刊:Bioresource Technology

DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2025.132431

论文分区:中科院一区,JCR一区

图文摘要

摘要

在A-B工艺中,厌氧移动床生物膜反应器(A-MBBR)作为A段承担碳(有机物)捕获功能,硝化移动床生物膜反应器(B-MBBR)作为B段执行硝化过程,本研究通过厌氧氨氧化强化了系统的自养脱氮功能。宏基因组测序分析表明,B段MBBR中氨氧化细菌以亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)为主(丰度4.9%),亚硝酸盐氧化细菌以硝化螺旋菌属(Nitrospira)为主(丰度18.0%);A段MBBR中反硝化优势菌为Thauera,丰度9.2%,厌氧氨氧化功能菌以Candidatus Brocadia为主导,系统中检测到了较高的关键厌氧氨氧化功能基因包括hdh和hzs。

主要内容

致谢

本论文获得国家自然科学基金和山东省自然科学资金资助。
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论文引用参考格式:
Meng BaiBo WangWeihua Zhao*, et al. Novel anammox-enhanced A-B wastewater treatment process based on carbon capture conceptBioresource Technology.2025132431.

(七)BITE:不同盐度下生物膜系统中AOB、AOA 和 Comammox等氨氧化微生物的氨氧化活性及种群结构

Bioresource TechnologyAmmonia-oxidizing activity and microbial structure of ammonia-oxidizing bacteria, ammonia-oxidizing archaea, and complete ammonia oxidizers in biofilm systems with different salinities

科研团队:青岛理工大学城镇污水处理与资源化技术创新团队

第一作者:邱浩杰

通讯作者:赵伟华

通讯单位:青岛理工大学

线上发表日期:2025年2月16日

发表期刊:Bioresource Technology

DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2025.132248

论文分区:中科院一区,JCR一区

图文摘要

摘要

通过投加专属抑制剂的方法探究生物膜上不同氨氧化微生物(AOB , Comammox and AOA)各自的氨氧化活性受盐度的影响。研究发现,所有AOMs的氨氧化活性均随盐度升高而逐渐降低。在不同盐度条件下,AOB的氨氧化活性始终高于AOAcomammox。此外,亚硝酸盐氧化菌(NOB)对盐度变化的敏感性高于AOMs。宏基因组分析表明,硝化菌在系统中占比显著,其中AOB亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas sp.)占所有硝化菌的24.9%,而NOB硝化螺菌属(Nitrospira sp.)占比达47.2%。参与硝化反应的主要功能基因包括amoABChaonxrAB。本研究证实,功能微生物及其基因的高丰度与氨氧化活性及脱氨贡献率密切相关。

主要内容

致谢

本论文获得国家自然科学基金和山东省自然科学资金资助。
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论文引用参考格式:
Haojie Qiu, Weihua Zhao*, Yingying Qin, et al.Ammonia-oxidizing activity and microbial structure of ammonia-oxidizing bacteria, ammonia-oxidizing archaea, and complete ammonia oxidizers in biofilm systems with different salinitiesBioresource Technology.2025132248.
通讯作者联系邮箱:weihuazhao@qut.edu.cn
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(八)Bioproc Biosyst Eng:农村污水10个站点的微生物种群结构和功能特性

 Microbial community structure and functional characteristics  in a membrane bioreactor used for real rural wastewater treatment

科研团队:青岛理工大学城镇污水处理与资源化技术创新团队

第一作者:王艳艳

通讯作者:赵伟华

通讯单位:青岛理工大学

论文DOI:https://doi.org/10.1007/s00449-025-03129-1

上线日期:2025年1月28日

发表期刊:Bioprocess and Biosystems Engineering

论文分区:JCR二区

图文摘要

摘要

本文以10农村污水处理站点为研究对象,利用16S rRNA基因测序,考察了处理实际生活污水的微生物群落结构特征,探究微生物群落组成并进行功能预测,揭示其组间差异和环境影响因子

主要内容

图4微生物在属水平上的群落组成分布。(A)所有样本中丰度前15的物种组成及不同物种的占比;(B)样本分组中物种分布及占比(圈图一侧为样本分组,另一侧为主要优势物种)。

图5.A)环境因子与物种差异分析 (B)环境因子与各站点差异分析 (C) 环境因子对不同分组样品的影响差异

6.A)分组样品OUT水平Venn图;(B) Beta多样性NMDS分析图;(C) PICRUSt2预测二级代谢通路热图;(D)分组样本中氮代谢相关功能基因热图。

致谢

本论文获得国家自然科学基金和山东省自然科学资金资助。
更多内容请阅读文章全文。
论文引用参考格式:
Wang, Y., Su, S., Qiu, H. et al. Microbial community structure and functional characteristics in a membrane bioreactor used for real rural wastewater treatment. Bioprocess Biosyst Eng (2025). https://doi.org/10.1007/s00449-025-03129-1
通讯作者联系邮箱:weihuazhao@qut.edu.cn
pdf 格式扫码下载:

通讯作者:赵伟华,师从彭永臻院士,现任青岛理工大学副教授、硕导,曾任哈尔滨工业大学助理研究员。主持国家自然科学基金青年基金1项,主持山东省自然科学基金青年基金1项,累计主持参与10余项;发表论文60余篇(一作/通讯30余篇),授权专利10余项。2024年作为共同完成人获得青岛市科技进步一等奖1项,参编标准3项。通讯作者联系邮箱:weihuazhao@qut.edu.cn.

公众号主编:赵伟华 博士/副教授  18854213860(微信同号)

欢迎就政府科技项目、科研课题、科技奖励、论文专利、成果转化、工程项目等进行合作。

个人主页:https://hjxy.qut.edu.cn/info/1074/3436.htm  

研究方向:
(1)环境和双碳领域中的统计分析与机器学习(AI);
(2)污水处理与资源化

主编赵博士微信:(扫码加好友)

发表中文核心:(通讯作者),净水技术期刊

(九)《农村分散式生活污水分质处理及资源化利用技术指南》(T/ACEF 193-2025)发布!

《农村分散式生活污水分质处理及资源化利用技术指南》(T/ACEF 193-2025)

发布日期:2025年03月19日

实施日期:2025年03月19日

主编单位:生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心、广东省环境科学研究院、山东文远环保科技股份有限公司、中铁第五勘察设计院集团有限公司、中华环保联合会水环境治理专业委员会。

参编单位:北京易境创联环保有限公司、青岛理工大学、北京华宇辉煌生态环保科技有限公司、山西交控生态环境股份有限公司、中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所、成都市兴蓉环境股份有限公司、四川拓璞环保科技有限公司、万嘉清水(厦门)环境技术有限公司、中环博通生态科技(北京)有限公司、中国环境科学研究院、河北省生态环境厅邯郸监测中心。

起草人:夏训峰、刘勇丽、刘希平、刘愿军、边玉彬、李肖燕、赵伟华、李伟、张敬宇、蒙云亚、李文军、杨磊、赵健、卢海彬、郑向群、罗春辉、丁炜鹏、张旭擎、魏潇淑、栗萍、宋宁。

范围:  本文件规定了农村分散式生活污水分质处理及资源化利用的总则、污水分质收集与资源化利用及运维管理。本文件适用于5m3/d及以下的农村分散式生活污水分质处理及资源化利用的设施新建、扩建和改建工程

主要技术内容: 前言、范围、规范性引用文件、术语和定义、总则、污水分质收集与资源化利用、运维管理。

扫码获取标准文件

(十)赵伟华参编《农村集中式生活污水分质处理及资源化利用技术指南》(T/ACEF 194-2025)发布!

《农村集中式生活污水分质处理及资源化利用技术指南》(T/ACEF 194-2025)

发布日期:2025年03月19日

实施日期:2025年03月19日

主编单位:生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心、广东省环境科学研究院、山东文远环保科技股份有限公司、中华环保联合会水环境治理专业委员会。

参编单位:北京易境创联环保有限公司、中铁第五勘察设计院集团有限公司、永康市水投排水有限公司、青岛理工大学、中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所、浙江亿凯尔环保科技有限公司、中环博通生态科技(北京)有限公司、中国环境科学研究院、河北省生态环境厅邯郸监测中心。

起草人:夏训峰、刘勇丽、刘希平、林彰文、刘愿军、边玉彬、郑丽丽、赵伟华、李伟、黄江锋、林自军、郑向群、罗春辉、丁炜鹏、张旭擎、魏潇淑、栗萍、宋宁。

范围: 本文件规定了农村集中式生活污水分质处理及资源化利用的总则、资源化利用模式、分质处理及利用、运维管理及风险评估。本文件适用于5m3/d~500m3/d的农村集中式生活污水分质处理及资源化的利用的设施新建、扩建和改建。

主要技术内容: 前言、范围、规范性引用文件、术语和定义、总则、资源化利用模式、分质处理及利用、运维管理与风险评估。

扫码获取标准文件

授权专利:

(1)一种改良AOA+后置微曝气同步脱氮除磷系统

(2)一种污水处理装置
声明 | 文章转载于网络,用于学术交流,侵删。
公众号运营团队介绍
公众号主编简介

公众号主编:赵伟华青岛理工大学副教授、硕导,曾任哈尔滨工业大学助理研究员。主持国家自然科学基金青年基金1项,主持山东省自然科学基金青年基金1项,累计主持参与10余项;发表论文60余篇(一作/通讯30余篇),授权专利10余项。2024年作为共同完成人获得青岛市科技进步一等奖1项,参编标准3项。通讯作者联系邮箱:weihuazhao@qut.edu.cn.

运营学生团队:人均2篇SCI以上,3名硕士已获得国家奖学金(100%)

公众号投稿请联系 赵伟华博士 188 5421 3860 (微信同号)

 
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