短程反硝化的影响因素及其耦合工艺的研究进展

氮以NH ₄ ⁺ -N、NO ₂ ^- -N、NO ₃ ^- -N等多种形式溶解于各类废水中，这些形式的氮会对人体、动植物造成不同程度的危害。传统硝化-反硝化脱氮技术不仅需要消耗大量能量，而且在处理低C/N的生活污水时无法达到污水排放标准。

短程反硝化作为一种新型脱氮工艺，因能为厌氧氨氧化工艺稳定生产NO ₂ ^- -N而备受青睐。PD因对碳源的需求量较少（内源PD能够充分利用废水中已有的难降解碳源）、反应速率快、温室气体排放低以及操作简便等优点，被认为是与Anammox耦合的最佳工艺。

目前关于PD的研究进展较为迅速，比如从外源性碳源驱使到内源性碳源驱使（EPD）、PD污泥颗粒化、耦合工艺等。因此有必要更新现阶段关于PD的研究进展，为后续PD耦合Anammox工艺的全面推广提供理论基础。

（1）介绍了短程反硝化的原理，指出通过对Nar与Nir的竞争进行针对性干预，可以实现PD反应的发生。论述了不同种类污泥源和反应器对工艺启动的影响，提出应用反硝化除磷污泥在SBR反应器中培养颗粒污泥将大大有助于PD的启动。

（2）对内外源性碳源、pH、盐度和重金属等影响因素展开了叙述。内源性碳源因可节约成本和降低能耗的优势，发展前景要优于外源性PD；但目前的研究中EPD的转化效率要低于外源性PD，因此未来的研究应注重EPD中NO ₂ ^- -N转化效率方面的优化。较高的pH可能会影响生物化学反应的平衡以及反硝化酶间对电子的竞争，使Nir更为敏感；驯化能够有效缓解盐度冲击的影响，目前有限的研究中阈值大约为1.5%，具体数值取决于系统内功能菌的含量。重金属（如铬、镍、铜、锌等）具有较强的细胞毒性，高浓度的重金属可以通过与细胞内官能团的相互作用破坏蛋白质结构和功能，未来应针对各种常见重金属对PD的短期和长期影响进行研究。

（3）重点总结了短程反硝化污泥颗粒化的进程，指出未来污泥颗粒化的研究方向是颗粒污泥的稳定性表现。颗粒污泥的特性与碳源的组成密切相关，探索多种合适的替代碳源对PD颗粒污泥的形成以及相关特性的研究也很重要。

（4）简述了短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的研究进展。PD与Anammox耦合工艺（PD/A）具有巨大的应用潜力，目前耦合方式主要分为2种：分离式和组合式工艺。分离式PD/A工艺通过将两者分别放置在各自独立的反应器中进行反应，有效避免了PD优势菌群与AnAOB优势菌群之间的竞争。将PDB与AnAOB放置于同一个反应器内进行驯化培养的组合式PD/A工艺取得了长足的发展，AnAOB可以及时将PD产生的NO ₂ ^- -N反应去除，有效提升总氮去除率。

图2 EPD原理

图3 分离式PD/A工艺原理

随着工业化的发展以及农作物产量的增长，许多工业产品（例如食品防腐剂、爆炸材料、肥料等）都会带来大量硝酸盐废水。传统生物脱氮工艺受高处理成本及适用范围的限制难以持续发展，PD工艺可以高效稳定地为Anammox提供NO ₂ ^- -N，两者耦合的PD/A工艺不仅为处理硝酸盐废水带来了曙光，而且其目标符合可持续发展的理念。然而该工艺目前还面临很多挑战，未来可以从以下几方面着手研究：

（1）在抑制机理方面，研究重金属等抑制剂对PD生产NO ₂ ^- -N的单独影响和对PD/A耦合工艺的整体影响，以及在毒性机制下进行可控的性能恢复，保证系统的稳健性。

（2）在微生物方面，目前关于PD/A工艺内各种优势菌的研究大多停留在微生物群落结构层面，随着测序技术的发展，通过综合多组学的方法能够对PD/A工艺内微生物之间复杂的相互作用进行更加全面的深度解读。

（3）在实际运行方面，可以通过对耦合过程进行数学建模，优化运行处理参数，指导工艺稳定运行。

（4）在工艺推广方面，探索PD/A工艺与更多主流工艺联合作用的可行性，考虑将实际城市污水作为处理对象，为未来推广主流PD/A工艺提供更多有价值的理论基础。

（5）在资源化利用方面，目前的研究往往仅考虑污染物的去除效能，而忽略了资源的回收利用，未来研究中可通过引入成本和能值分析，探索资源化利用的可行性。

第一作者：徐云翔，硕士研究生。电话：15862378283，E-mail：943804055@qq.com。

通讯作者：沈耀良，教授。E-mail：ylshen@mail.usts.edu.cn。