FESE AnMBR-NF-PDA工艺实现COD和氮的高效去除
期刊：Frontiers of Environmental Science & Engineering
作者：Jingwei Fu, Zhaoyang Hou, Hexiang Zhao, Qian Li, Rong Chen, Yu-You Li
发表时间：24 Sep 2024
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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。
图1 (a) AnMBR-NF-PDA组合工艺示意图；(b) AnMBR-NF-PDA工艺中有机碳、氮的流量和运行条件。
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。
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本文内容来自FESE期刊2024年第18卷第112期发表的研究文章 “Enhanced nitrogen removal from low strength anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) permeate using complete nitrification and partial denitrification-anammox processes”。通讯作者为西安建筑科技大学的李倩教授。
引用格式：Jingwei Fu, Zhaoyang Hou, Hexiang Zhao, Qian Li, Rong Chen, Yu-You Li. Enhanced nitrogen removal from low strength anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) permeate using complete nitrification and partial denitrification-anammox processes. Front. Environ. Sci. Eng., 2024, 18(12): 155 https://doi.org/10.1007/s11783-024-1915-1
期刊简介
Frontiers of Environmental Science & Engineering是由高等教育出版社、中国工程院和清华大学共同主办的环境领域综合学术期刊，聚焦环境领域前沿问题与研究成果，重点关注开创性、跨学科的研究，致力于打造具有国际影响力的高水平学术交流平台，是中国工程院院刊系列期刊、中国科技期刊卓越行动计划入选期刊。
主编：曲久辉院士，John Crittenden院士
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期刊官网2
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