性菌，属于浮霉菌门，其为厌氧无机化能自养菌，通过 CANNON 工艺中控制 DO 的质量浓度在 1.0 mg/L 以
氧化亚硝酸铵获取能量，二氧化碳作为代谢的碳源。 下，氨氧化细菌消耗 DO 创造利于厌氧氨氧化菌的
ANAMMOX 工艺为无需碳源的反硝化，无需氧 生存环境，厌氧氨氧化细菌消耗亚硝酸盐减少其对
污泥臭氧氧化降解的最优投加量（m(O3)/m(SS)） 为 0.2 g/g，并且消化上清液要进行碱度调节，这是因 为在臭氧化的过程中会产生酸性物质[9]。m(COD)/ m(NOx--N)臆2 的废水经 A/O 反应器后，氨氮被氧化 成硝酸盐，然后进入同步初沉污泥降解和反硝化的 反应器（Sifeden）中，出水 TN 的质量浓度臆10 mg/L，
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第 40 卷 第 1 期 2014 年 1 月
Vol.40 No.1
Jan.,2014 1
张 静，陈洪斌
（同济大学环境科学与工程学院，上海 200092）
化系统运行是提高低碳源污水的脱氮除磷效率的较佳途径。
低 C/N；脱氮；除磷；反硝化除磷
X703.1
A
1000-3770(2014)01-0001-006
我国许多城市，特别是南方地区的城市污水 COD 较低，难以满足脱氮除磷的碳源需求，导致许多污水 厂氮磷排放不达标。近年来，国内外兴起的分质排水， 轻污染的灰水和重污染的黑水分开收集处理，黑水 C/N 低（m(CODsol)/m(TN)=2～5，CODsol 为溶解性 COD），生 物脱氮除磷同样面临难度大。为此，研究开发经济高 效的强化低碳源污水的脱氮除磷能力的工艺，对于 较好实现污水排放的氮磷达标具有重要意义。
传统的进水方式存在大部分碳源被好氧氧化成 CO2，并未被有效用于反硝化脱氮，通过优化进水策 略，如分段进水、周期性改变进水方向等，充分将原水 中的有机基质用于生物反硝化，可以提高 TN 去除率。
分段进水分为空间顺序上的分段进水即缺氧好 氧分段进水工艺和时间顺序上的分段进水即脉冲式 序批式活性污泥法（SBR）工艺[19]。AO 分段进水工 艺的原污水分批进入各段缺氧区，系统中每一段好 氧区产生的硝化液直接进入下一段缺氧区利用原污 水中的碳源进行反硝化。脉冲式 SBR 法通过时间上 的分段进水运行方式，使得每段进水中的可生物降 解 COD 被前次进水产生的硝酸盐的反硝化作用充 分利用，达到高效脱氮目的。
应器中进行的工艺为 SHARON-ANAMMOX 工艺，
厌氧氨氧化（ANAMMOX）工艺原理为厌氧条 在同一反应器进行的工艺为 CANNON 工艺。
件下厌氧氨氧化菌以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体
SHARON-ANAMMOX 工艺，分别在 2 个反应
将氨氮直接氧化为氮气。厌氧氨氧化菌属于革兰氏阴 器中创造适于短程硝化和厌氧氨氧化的运行条件，
周期性改变进水方向是指建立 2 个串联的相同 反应器，进水方向周期性地从 1 个反应器转换到另 1 个 反应器，使每个反应器周期性改变功能，以使每个功 能达到最大化。Hong-Duck Ryu 等建立了 4 级生物曝 气池，进水方向首先为（缺氧 1- 好氧 1- 缺氧 2- 好氧 2），经过一定时间后改为（缺氧 2- 好氧 2- 缺氧 1- 好 氧 1），系统能够最大化利用载体吸附的有机碳作为反硝 化的碳源，在进水 m(TCOD)/m(TKN)为 3:6 的条件下， 反硝化柱出来的硝酸盐氮的质量浓度为 2.7 mg/L[20]。
杨庆等在北小河污水厂建立了有效容积为 54 m3 的 SBR 中试系统，在国内外首次采用实际城市污 水，在温度为 11.8～ 25 ℃ 和通常 DO 含量条件下，实 现了稳定的常温、低温条件下的短程硝化反硝化。系统 在保证总氮去除率约为 98.2%的基础上，亚硝化率基
张 静等，低碳源污水的脱氮除磷技术研究进展
实际 m(COD)/m(NOx--N)需求应为 5～ 10，至少应为 3.5～ 4[1]。实际废水处理中脱氮所需的最优 C/N 与碳 源种类有关，实际废水所需 C/N 比合成废水高[2]。
为达到低 C/N 污水的高效脱氮，可以从以下 3 个方面考虑。
外加碳源物质应易生物降解，包括溶解性有机 碳和不溶性有机碳。
优化进水方式可以在现有碳源下最优化 TN 去
第 40 卷 第 1 期
除率，但是对于 C/N 很低的废水，优化进水方式并不 能完全实现出水 TN 达标排放。
短程硝化反硝化（SBNR）就是将硝化反应控制 在亚硝酸盐阶段，然后直接进行反硝化作用。与传统 完全硝化反硝化工艺相比，短程硝化反硝化工艺可 以节省 25%的曝气量，降低 40%的反硝化 COD 需 求，加快反应速率，减少污泥产量，降低污泥处置成 本。该工艺的关键在于亚硝酸盐的积累，即利用氨氧 化菌（AOB）和亚硝酸盐氧化菌（NOB）的代谢机制 差异，形成利于 AOB 优势生长的环境 （如 DO 含 量、pH、污泥龄、温度、抑制剂、运行条件、基质质量浓 度与负荷等[21-22]），使 AOB 成为硝化菌中的优势菌 种，逐步将 NOB 淘汰掉。
下，经过 90 d 运行，在低 DO 含量、高自由氨（FA）
含量和适宜 HRT 3 种因素协同调控下，实现了稳定 的短程硝化，亚硝化率超过 80%，COD、NH4+- N 和 TN 的去除率分别达到了 95%、99%和 80%[27]。
高氨氮含量废水先经短程硝化 50%转换为亚硝 酸盐，50%的剩余氨氮和亚硝酸盐再进行厌氧氨氧化 反应，生成氮气达到脱氮效果。两阶段反应在不同反
污水中 TN 的主要成分为氨氮，可采用提高污水 pH 进行氨气吹脱的化学法脱氮。生物脱氮技术由于 其成本较低，是广泛应用的污水脱氮技术。生物硝酸盐，亚硝酸盐或硝酸盐再经反硝化菌作用还 原为氮气，氮气从污水中逸出，达到脱氮目的。
生物脱氮的第 2 阶段发挥作用的反硝化菌为异 养菌，其将亚硝酸盐氮或硝酸盐氮还原为氮气的过 程需要有机碳作为电子供体。理论上，缺氧条件下， m(COD)/m(NOx--N)为 2.86 就能使硝酸盐完全还原为 氮气。但实际过程由于部分碳源会被其他异养微生物 吸收利用或被反硝化菌用于自身生长代谢，且一些缓 慢降解有机物不足以在缺氧条件的 HRT 内被迅速代谢 利用，因此为达到完全反硝化除氮，m(COD)/ m(NOx--N) 要远大于 2.86。对于经硝化反硝化的生物脱氮工艺，
制了其广泛应用。用富含厌氧氨氧化细菌的污泥接 反应器，启动阶段先在反应器中加入厌氧氨氧化生物
种，可以将启动时间缩短至几周之内[28]。
质，待 Biofix 载体上挂上厌氧氨氧化微生物后再加
厌氧氨氧化过程中高速脱氮产生的大量 N2 会 导致厌氧氨氧化生物体漂浮甚至流失。厌氧氨氧化
用 PCL 作为固态碳源和生物膜载体的移动床生 物膜反应器（MBBR）处理 m(COD)/m(NOx--N)为 0.7 的废水，HRT 为 18.5 h 时 TN 去除率为 74.6%，其中 96.3%的氮是通过 PCL 上的生物膜的同步硝化反硝 化作用去除，PCL 耗量（m(PCL)/m(N)）为 1.27 g/g[17]。 惰性聚氨酯泡沫因其具有更高的孔隙率，用其作为 载体的 MBBR 的 TOC 和氨氮去除率效果比 PCL 的 更佳，但 PCL 的 TN 去除率效果更好，因此高孔隙率 的可生物降解的高聚物载体具有更广阔的前景[18]。
气的硝化，因此其在节能减耗方面具有明显的优势， 氨氧化细菌的毒害作用，氨氧化细菌和厌氧氨氧化
现已应用于污泥消化液的脱氮处理。但是厌氧氨氧 细菌形成互利共生的关系。
化菌对环境条件要求较苛刻，其培养驯化较困难，导
CANNON 工艺的微生物驯化存在一定顺序，对
致 ANAMMOX 工艺启动较慢，这在一定程度上限 于加入丙烯酸纤维生物质载体（Biofix）的 CANNON
2
TN去除率高达 85%以上[8]。 外加不溶性有机碳包括天然物质如麦秆、树皮、
棉花、芦苇、食品废料等和易生物降解的高聚物，如 聚羟基丁酸、聚己酸内酯（PCL）、聚丁二酸丁二醇 酯、聚乳酸等[10-16]。外加不溶性有机碳操作简单，可避 免加量过量或不足，不会被其他异养微生物快速降 解，因而可以持续作为反硝化的还原力，并能同时作 为生物膜的载体，最大化同步硝化反硝化作用。将食 品废料加入中试营养盐去除系统中，TN、TP 去除率 分别从 53%、55%提高到 97%、93%[13]。
3
本保持在 95%以上[26]。李妍采用配备短程脱氮过程 湿地工艺处理低 C/N 污水，在生物接触氧化池的 DO
多参数联合调控系统的 AAO 工艺进行合成氨工业 的质量浓度为 2～ 3 mg/L，HRT 为 3.5 h，人工湿地的
废水的短程硝化反硝化脱氮中试，在 18～ 23 ℃ 条件 HRT 为 3 d 等的条件下，TN 去除率达到了 90%[32]。
收稿日期：2013-07- 04 基金项目：科技部国际合作重点课题（2012DFG91380）；上海市科委课题资助（12DZ2291400） 作者简介：张 静（1989－ ），女，硕士研究生，研究方向为污水资源化技术；联系电话：021-65984569；电子邮件：jing870487205@ 联系作者：陈洪斌，教授；电子邮件：bhctxc@
溶解性有机碳如甲醇、乙醇、乙酸和葡萄糖等， 其易吸收，TN 去除率提高显著，但是药剂加入量不 易准确控制，现多采用实时在线控制系统[3-5]。缺氧区 的控制参数多为氧化还原电位（ORP），好氧区的控 制参数多为 pH。采用自动控制系统控制外加碳源加 入量可比依据缺氧区进水的 m(COD)/m(NOx--N)确定 的稳定加入药剂的模式节省药剂量约 20%[6]。直接 外加碳源无疑会增加运行成本，从资源化角度看，最 好是加入 COD 较高的废水，如初沉污泥或剩余污泥 的消化液等[7-8]。经过臭氧氧化的剩余污泥降解液回 流到 A/O 系统后能够使 TN 去除效率提高近 30%[7]。