西安建筑科技大学李倩团队FESE：AnMBR-NF-PDA工艺实现COD和氮的高效去除

近日，西安建筑科技大学的李倩教授团队在 Frontiers of Environmental Science & Engineering 期刊第 18 卷第 12 期上发表了题为“ Enhanced nitrogen removal from low strength anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) permeate using complete nitrification and partial denitrification-anammox processes ”的研究论文。

本文提出了一种厌氧膜生物反应器（ AnMBR ）、完全硝化（ NF ）和部分反硝化 - 厌氧氨氧化（ PDA ）过程结合的新型污水处理系统 —AnMBR-NF-PDA 工艺。研究发现该工艺实现了化学需氧量（ COD ）和氮的高效去除。特别是通过调节原水配比精确控制 PDA 的进水 COD/NO₃⁻-N ，使系统的脱氮效率高达 90.14% 。本研究为 AnMBR 与厌氧氨氧化工艺在污水处理中的实际应用提供了有价值的见解。

文章介绍了AnMBR与厌氧氨氧化工艺在污水处理中的显著优势。AnMBR通过高效转化有机污染物为甲烷，并将有机氮转化为氨氮，为后续厌氧氨氧化工艺提供了理想的进水基质。然而，单一厌氧氨氧化过程难以稳定满足亚硝氮的需求，而传统部分硝化工艺容易因溶解氧波动导致硝酸盐积累，影响脱氮效率。因此，将AnMBR与完全硝化及部分反硝化-厌氧氨氧化（NF-PDA）工艺耦合，构建一个低碳、高效且稳定的除碳脱氮系统尤为重要。

文章描述了 AnMBR-NF-PDA 系统的构成与原理。该系统由 AnMBR 、 NF 和 PDA 三个反应器组成。 AnMBR 用于去除 COD ，并通过微滤膜模块截留污泥。 NF 单元实现完全硝化，将氨氮转化为硝酸盐。 PDA 单元则进行部分反硝化和厌氧氨氧化。 82%-90% 的污水（ Q1 ）进入 AnMBR 单元，其中有机碳转化为甲烷，有机氮转化为氨氮。部分 AnMBR 出水（ Q3 ）进入 NF 单元，氨氮被氧化为硝酸盐，再进入 PDA 单元（占 PDA 进水的 50% ）。其余的 AnMBR 出水（ Q4 ）供给 PDA 。同时， 10%-18% 的污水（ Q2 ）直接进入 PDA ，提供碳源和少量氨氮。

通过调节废水的直接进料比，精确控制 PDA 的进水 COD/NO₃⁻-N ，优化 COD 与氮去除率之间的平衡，同时保障 Anammox 在氮去除中的主导作用。当 COD/NO₃⁻-N 为 3.44 时， PD 过程能够高效转化硝酸盐为亚硝酸盐，系统的氮去除效率提升至 90.14% ，且 Anammox 在氮去除中占据主导地位。

图 2 （ a ） AnMBR-NF-PDA 中每个单元的出水 COD 与 COD 去除效率。（ b ）该工艺的每个单元的出水 TN 与 NRE 。（ c ） PDA 系统进出水中氮浓度变化以及 COD/NO₃⁻-N 比。（ d ）厌氧氨氧化和反硝化过程对 PDA 系统中的脱氮贡献

PDA 系统的氮去除性能与微生物活性及污泥形态密切相关。适宜的 COD/NO₃⁻-N （如 3.44 ）可增强 AnAOB 活性，确保氮主要通过 Anammox 路径去除；而过高的比值（如 4.09 ）则导致 DNB 竞争优势增强，氨氮积累。同时，颗粒污泥形态随 COD/NO₃⁻-N 增大从松散破碎变为致密小颗粒，丝状菌作为颗粒化骨架，促进污泥颗粒化并维持较好的沉降性能。

最后，文章揭示了 AnAOB 和反硝化细菌之间的协同作用机制。随着 COD/NO₃⁻-N 比例的变化，微生物群落的组成和结构发生了显著变化。特别是以 Acinetobacter 为代表的丝状反硝化细菌通过部分反硝化过程，显著促进了亚硝酸盐的生成和稳定供应。丝状菌与 AnAOB 之间形成了交叉喂养关系，共同维持亚硝酸盐的平衡转化，进一步提高了 PDA 系统的运行效率和稳定性。

综上， AnMBR 与 NF-PDA 工艺的耦合在污水处理领域展现出显著优势，通过精确调控 PDA 进水 COD/NO₃⁻-N 实现了高效的除碳脱氮效果。 AnMBR 单元实现高效除碳并将有机氮转化为氨氮， NF 单元确保硝酸盐的稳定生成，而 PDA 单元通过丝状菌与 AnAOB 的协同作用，维持亚硝酸盐的动态平衡，显著提高了系统的氮去除效率和运行稳定性。该耦合工艺为低碳、高效且稳定的污水处理提供了新的思路和方法。