好氧颗粒污泥（AGS）是一种新型技术，能够从废水中实现可持续的生物营养物质去除，相比传统活性污泥工艺，它对碳和曝气的需求更低（Pronk等人，2015年）。AGS通过同时硝化与反硝化（SND）过程有效去除氮（Nguyen Quoc等人，2021年），并通过多磷酸盐积累菌（PAOs）的增殖增强磷的去除效果（Diaz等人，2022年）。Zeng等人（2003年）首次培育出了能够同时进行硝化、反硝化和磷去除的多磷酸盐积累菌（dPAOs），但观察到这些菌会产生大量的一氧化二氮（N₂O）。
一氧化二氮（N₂O）排放已成为废水处理领域的主要挑战之一。它是仅次于二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）的第三大温室气体，其全球变暖潜能值在100年时间范围内为265至298个二氧化碳当量（IPCC，2019年）。在生物废水处理厂中，N₂O往往占碳足迹的一半以上（Maktabifard等人，2022年）。目前关于AGS系统在实验室和试点规模上的N₂O排放系数（EF）数据差异很大，范围从小于1%到超过20%的进水总氮（TN）负荷（Pan等人，2024年），这表明AGS中N₂O的产生和排放机制尚未完全明了。
在氮去除过程中，N₂O主要通过三种途径产生：硝化菌的反硝化（ND）、羟胺（NH₂OH）氧化不完全（NN）以及异养反硝化（HD）（Wunderlin等人，2012年）。通常认为，好氧阶段由氨氧化菌（AOB）进行的ND是N₂O排放的主要来源（Jia等人，2013年；Li等人，2019年；Zhang等人，2015年），而HD过程可能既是N₂O的来源也可能是其汇（Conthe等人，2019年）。然而，在增强型生物磷去除（EBPR）系统中，内部储存聚合物（如聚羟基烷酸酯PHA）的缓慢消耗可能导致电子供应不足，从而在反硝化过程中增加N₂O的产生（Marques等人，2018年）。
曝气控制是影响生物营养物质去除过程中N₂O形成和排放的关键因素，因为溶解氧（DO）对编码N₂O还原酶的nosZ基因的表达有显著影响（Suenaga等人，2018年）。较高的DO水平会促进AGS的N₂O排放，因为氧气可以更深入地渗透到颗粒内部（Cavanaugh等人，2022年；Nguyen Quoc等人，2024年）。尽管已经研究了多种不同的DO设定点和曝气策略（连续/交替）对营养物质去除效果的影响（Izadi等人，2021年；Layer等人，2020年），但很少有研究关注N₂O排放。Lochmatter等人（2013年）研究了不同操作策略（曝气和COD/N比）对N₂O排放的影响，不过他们的实验是在小规模反应器（3.5升）中进行的，持续时间从几周到每种策略3个月不等，因此难以推广到实际应用。Magnus等人（2025年）最近评估了曝气和投加策略联合对N₂O排放的影响。
然而，关于不同曝气策略对AGS系统N₂O动态独立影响的研究仍然较少。为了填补这一知识空白，本研究旨在评估两种截然不同的曝气策略的长期营养物质去除和N₂O排放性能：一种是交替的好氧和厌氧条件，促进序贯硝化和反硝化（SBR 1）；另一种是连续低DO曝气，促进SND（SBR 2）。研究结果有助于揭示不同N去除策略下N₂O产生和排放的关键机制和途径，从而推动AGS技术的可持续发展。
