摘 要： 短程反硝化是將反硝化过程控制在硝酸盐还原的第一步来积累NO2—N，可以有效的节约碳源和、减少温室气体的排放。并且积累的NO2--N可以与厌氧氨氧化、反硝化除磷等诸多工艺耦合。简要介绍了短程反硝化工艺、反硝化除磷和厌氧氨氧化工艺的发展背景，讨论短程反硝化耦合工艺，并对其未来发展进行展望。

关键词： 生物脱氮;短程反硝化;厌氧氨氧化;反硝化除磷

由于现行的污水脱氮除磷工艺中存在各种矛盾，如：硝化菌与聚磷菌对溶解氧DO的竞争;反硝化菌与聚磷菌对碳源的竞争，使得生活污水同步脱氮除磷很难有效实现。另外，国内95%的污水厂出水中氮和磷的排放都难以达到城镇污水国家一级A排放标准。这些矛盾和问题在处理碳、氮、磷比例失调的生活污水（尤其是我国南方地区）时变得尤为突出，碳源不足已成为污水脱氮除磷工艺的“瓶颈”。

反硝化除磷技术[1]，通过利用内碳源PHA，以“一碳两用”的方式同时实现反硝化脱氮和除磷，很好地解决了传统工艺中因碳源不足引起的氮磷去除不稳定的问题，且与传统的脱氮除磷工艺相比，不仅能节省50%的碳源，30%的曝气量，亦能减少50%的污泥产量。

短程反硝化技术和厌氧氨氧化技术都是如今较为前沿的工艺。短程反硝化将反硝化反应控制在生成亚硝态氮阶段，生成的亚硝态氮可作为厌氧氨氧化反应的底物[2]。厌氧氨氧化是指厌氧氨氧化菌在缺氧或厌氧条件下，以二氧化碳或碳酸为碳源，以氨氮和亚硝酸盐为基质，最终还原成氮气排入到大气的一种新型生物脱氮技术。与其他传统工艺相比，具有无需添加有机碳源，运行成本低，脱氮效能高等优点[3]。

1.与短程反硝化反应耦合的相关工艺

1.1通过内源部分反硝化和反硝化除磷实现亚硝酸盐的积累和磷的去除（endogenous partial denitrification and denitrifying phosphorus removal，EPDPR）

1.1.1工艺简介及运行流程

Wang[4]等的工艺处理水质为低氨氮城市污水。本研究在厌氧/缺氧/好氧序批反应器中，将内源部分反硝化和反硝化除磷相结合，同时处理高浓度硝酸盐废水（NO3--N：186.5 mg/L）和城市污水（NH4+-N： 52.6 mg/L，化学需氧量（COD）： 242.7 mg/L），实现了亚硝酸盐积累和磷的去除。138 d后，亚硝积累率（NTR）为75.3%，PO43-P的去除率达到92.3%。运行流程如图1-1所示， EPDPR系统SBR反应器工作容积8L，SBR反应器在厌氧、缺氧和短时间好氧（DO：0.5～1.5mg/l）条件下运行。延长厌氧阶段（150-180 min）可提高进水碳源的利用率和胞内碳源的形成。而缺氧阶段（120-170 min）用于发生内源性部分反硝化和反硝化除磷反应。同样，较短的曝气阶段（10-30分钟）用于确保在亚硝酸盐不氧化的情况下进一步清P。在每个运行周期（6h）中，有3L城市污水在厌氧阶段前10min注入SBR反应器，在缺氧前10min添加2 L硝酸盐合成污水。在好氧阶段最后2分钟的排出200 - 250ml混合液。

1.1.2处理效果及相关结论

在阶段1 （1 - 22 d），平均进水COD浓度为238.2 mg/L，PO43-P出水很低，但是好氧硝化效果差，出水NH4+-N浓度从10.4 mg/L逐渐增加到15.7 mg/L。出水NO2--N和NO3--N浓度分别为0.6和8.5 mg/L。第2阶段（23-45 d）（缺氧时间120min和厌氧排水比为3/8，）抑制了P的去除，出水PO43-P增加到1.3 mg/L。NTR从23日的54.7%上升到45日的85.6%。在第三阶段（46-81 d），有氧持续时间延长至30min，出水PO43-P浓度下降至0.2 mg/L。出水NH4+-N， NO2--N和NO3--N浓度分别稳定在26.2、30.8和0.7 mg/L，而NTR约为65.7%，表示此阶段的内源性部分反硝化稳定。在第4阶段（82-104 d），用185.6 mg/L硝酸盐溶液代替缺氧进水以测定EPDPR性能。缺氧时间延长至170 min。出水PO43-P浓度始终低于0.5 mg/L，表明延长缺氧期有利于DPR完全去除磷。废水NH4+-N和NO3--N浓度分别维持在27.1和0.9 mg/L，与第三阶段相同，该阶段平均NTR达到73.4%。第5阶段（105-138 d） 缺氧时间缩短至150min，出水PO43-P浓度低于0.5 mg/L，出水NH4+-N和NO2--N浓度分别为26.2和26.5 mg/L。但NO3--N浓度因为缺氧时间缩短有所增加。

将高浓度硝酸盐（186.5 mg/L）污水和低C/N（4.0）城市污水结合，实现了亚硝酸盐的积累和磷的去除。138天后，通过适当控制厌氧排水比例和缺氧/好氧持续时间，可以获得高NTR（75.3%）和PO43-P去除率（92.3%），平均出水NH4+-N， NO2--N、NO3--N， COD和PO43-P浓度分别为26.5，27.1，1.8，23.5和0.4 mg/L， NH4+-N / NO2--N比为1：1.02。这表明后续工艺仍有和厌氧氨氧化（anammox）工艺耦合的可能。

1.1.3工程运用及可行性分析

与硝化反应或外源部分反硝化作用相比，EPDPR方法不仅可以去除磷，还可以为厌氧氨氧化（anammox）提供亚硝酸盐来源，同时内碳源相比于外碳源碳源利用率高，节约COD。但是因为DPAOs和DGAOs会竞争有限的碳源和硝酸盐来源，DGAOs通过EPD产生的亚硝酸盐将被利用DPAOs进行DPR，导致亚硝酸盐产量低。此外，可能会出现磷去除率低的问题。

1.2通过内源部分反硝化耦合厌氧氨氧化实现低C/N污水深度脱氮工艺研究（endogenous partial denitrification and anammox，EPDA）

1.2.1工艺简介及运行流程

Ji[5]等的工艺处理水质为低氨氮生活污水。本研究提出了一种内源部分反硝化耦合厌氧氨氧化实现低C/N污水深度脱氮的工艺。运行流程如图1-2，废水首先进入EPD反应器，其中生物可降解碳源以聚羟基烷酸酯（PHAs）的形式储存。然后上层清液被送入硝化反应器进行硝化，出水回到EPD反应器，在那里利用PHAs还原硝酸盐为亚硝酸盐。最后，上清液中含有亚硝酸盐和氨氮被送入厌氧氨氧化反应器进行高级脱氮。从理论上讲，与传统的硝化反硝化相比，只有55%的进水氨氮转化为硝态氮，溶解氧和有机物的需要量分别降低了45%和79%。此外，通过内源反硝化，充分利用节约了碳源。

1.2.2处理效果及实验结论

EPD-SBR反应器中，第1阶段（0～51d）出水NTR达80%，出水NO2--N/NH4+-N小于1：1，为提高其比值，提高EPD-SBR和N-SBR体积交换率从50%增加到60%。第2阶段（52～115d），出水NO2--N/NH4+-N高于1：1，发生污泥膨胀，NTR降至60%。第3阶段（116～220d）为了避免污泥膨胀，缺氧后沉降时间从30min下降到10min，到第133d，污泥膨胀问题解除，出水NO2--N/NH4+-N达到1.2。

Anammox反应器中，在运行前13天（137～149d），出水TN浓度降至6.5mgN/l，亚硝酸盐接近于0，在稳定期间（149～220d），TN去除率保持在81.4%左右。

本研究探讨污水处理中EPD-Anammox实现的可行性。亚硝酸盐由EPD产生。具有内源反硝化的GAOS（36.6%）和Candidatus Brocadia （34.6%）分别在EPD-SBR和anammox-UASB占主导地位。最后，在低C/N（～2.9）条件下，不增加碳源，大约90%的氮被去除。anammox脱氮量占总脱氮量的49.8%，节省约40%的氧气需求。

1.2.3工艺运行及可行性研究

与传统脱氮工艺相比，EPDA不外加碳源，大约90%的氮被去除。anammox脱氮量占总脱氮量的49.8%，节省约40%的氧气需求，且利用内碳源COD利用率更高。但这个反应器的主要挑战是在亚硝酸盐产生的同时，交替厌氧/缺氧条件下实现废水中适宜的亚硝酸盐与氨氮的比例，否则不利于后续厌氧氨氧化反应的进行，这一点较难控制。

2.结论

通过上述两种工艺介绍，我们可以认识到短程反硝化反应已经与诸如厌氧氨氧化和反硝化除磷等工艺进行了很好的耦合，可以节约大量的COD并减少曝气量，节约能耗，属于低碳减排、绿色、可持续的发展工艺。同时两种工艺同样面临着一些问题，如EPDPR工艺中可能存在P去除率低，后续亚硝产量不足难以与厌氧氨氧化继续耦合的问题;EPDA工艺中存在的亚硝酸盐与氨氮浓度比例较难控制的问题。这些问题都需要进一步的研究和探讨。

参考文献：

[1]李微，高明杰，曾飞，刘静，孙慧智，李大争.温度和碳源对短程反硝化除磷效果的影响[J].水处理技术，2020，46（08）：55-59.

[2]张星星，张钰，王超超.短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺及其应用前景研究进展[J].化工进展，2020，39（05）：1981-1991.

[3]张金铭，王宇佳，胡雪松.强化厌氧氨氧化工艺的研究进展[J].辽宁化工，2021，50（06）：822-827.

[4]Wang， X.， et al.， Stable nitrite accumulation and phosphorous removal from nitrate and municipal wastewaters in a combined process of endogenous partial denitrification and denitrifying phosphorus removal （EPDPR）. Chemical Engineering Journal， 2019. 355：

[5] Ji J ， Peng Y ， Mai W ， et al. Achieving Advanced Nitrogen Removal from Low C/N Wastewater by Combining Endogenous Partial Denitrification with Anammox in Mainstream Treatment[J]. Bioresource Technology， 2018， 270：S0960852418312288-.

作者簡介：

朱晨杰（1997.08-），男，江苏常州人，扬州大学市政工程专业 专业硕士研究生，研究方向污泥短程反硝化。