隨著工業化和城市化的快速發展，高氨氮、低碳氮比(C/N)廢水處理已成為環境工程領域的重大挑戰。這類廢水常見于垃圾滲濾液、養殖廢水、化工廢水等，其特點是氨氮濃度高(通常超過200mg/L)、有機碳源不足(C/N多低于2.0)，采用傳統硝化-反硝化工藝處理時，需額外投加有機碳源且曝氣能耗高，運行成本居高不下。短程反硝化耦合厭氧氨氧化(Partial Denitrification-Anammox，PD/A)工藝的提出，為解決這一難題提供了創新思路。該工藝通過短程反硝化將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，再以厭氧氨氧化菌將氨氮與亞硝酸鹽直接轉化為氮氣，理論上可節省60%曝氣量、100%外加碳源和90%污泥產量。

近年來，PD/A工藝在填埋場礦化垃圾填料應用、低溫適應性優化、一體化反應器設計等方面取得顯著進展。本文將系統分析該工藝的核心機理、關鍵影響因素(如填料特性、運行參數、微生物群落等)，并探討不同反應器構型的優劣，最后對工藝應用前景提出建議，為低C/N氨氮廢水處理提供技術參考。

工藝原理與技術優勢：協同脫氮的微生物機制

短程反硝化-厭氧氨氧化耦合工藝的脫氮效率依賴于兩類功能微生物的協同作用：短程反硝化菌(Partial Denitrifiers)和厭氧氨氧化菌(AnAOB)。如圖1所示，該工藝包含兩個關鍵反應階段：在短程反硝化階段，異養反硝化菌在缺氧條件下將廢水中的硝酸鹽(NO??-N)還原為亞硝酸鹽(NO??-N)，且精準控制在亞硝酸鹽階段不再繼續還原；在厭氧氨氧化階段，AnAOB以氨(NH??-N)為電子供體、亞硝酸鹽(NO??-N)為電子受體，將兩者轉化為氮氣(N?)和少量硝酸鹽(NO??-N)。

與傳統工藝相比，PD/A工藝具有三重優勢：一是節能降耗顯著，短程反硝化無需曝氣，厭氧氨氧化為自養反應，整體能耗降低60%以上；二是碳源需求大幅減少，僅短程反硝化階段需少量碳源，且最優C/N為2-3.5，遠低于傳統工藝的4-6；三是污泥產量極低，AnAOB世代周期長達10-30天，污泥產率僅為傳統活性污泥法的10%左右。青島理工大學的研究表明，采用該工藝處理模擬污水(氨氮38-45mg/L，硝酸鹽52-62mg/L)，僅需32天即可實現AnAOB原位富集，總氮去除率達95%以上，出水總氮穩定低于5mg/L。

反應器設計與運行優化：從填料選擇到參數控制

填料特性對PD/A工藝的穩定性具有決定性影響。江西某填埋場礦化垃圾填埋物(填埋8年以上)作為填料時，其比表面積達6.90m2/g，孔徑分布以12.03nm為主，表面粗糙多孔，為微生物附著提供了理想場所。該填料的元素組成以C、O、Al、Si為主，含有類似沸石的鋁硅酸鹽結構，可通過離子交換輔助去除氨氮。更重要的是，礦化垃圾中富含Pseudomonas(相對豐度18.92%)等耐鹽反硝化菌，以及Candidatus Brocadia(12.0%)等AnAOB，形成了適應高鹽環境的微生物群落。在工程實踐中，填料的填充比(30-50%)、孔隙率(>90%)和粒徑(10-70μm)需綜合優化，以平衡生物量與傳質效率。

反應器構型方面，一體化設計成為最新趨勢。某專利技術將短程硝化室與生物膜反應室通過分離隔板整合于同一反應器，省去了傳統好氧/厭氧池分區，占地面積減少50%以上。該裝置采用溶解氧(DO)與溫度聯動控制(DO 0.2-0.3mg/L，溫度26-30℃)，短程硝化亞硝酸鹽積累率(NAR)達51.4%，結合生物膜內的AnAOB，實現了單級脫氮。另一項研究采用A-SBR(缺氧)與N-SBR(好氧)串聯的全生物膜系統，內置五種不同特性的填料(如比表面積>5000m2/m3的立方體填料)，通過內源碳源開發(將VFA轉化為PHA)，使低C/N污水(COD/N<2)的總氮去除率提升至80%以上。

溫度與DO是影響工藝穩定性的關鍵參數。研究表明，溫度從30℃降至15℃時，AnAOB活性不降反升，Brocadia的相對豐度從7.3%增至12.0%，其單基因表達水平提高9倍，補償了低溫對硝化的抑制。此時維持DO在0.2-0.5mg/L、好氧HRT為6小時，系統脫氮效率仍達89.4%。但對于C/N<1的極端水質，需采用兩段式設計：前段短程反硝化(C/N=2，上流式進水)實現NO??-N積累(50mg/L)，后段厭氧氨氧化完成主體脫氮。

工程應用挑戰與未來展望

盡管PD/A工藝在實驗室研究中表現優異，但工程推廣仍面臨三項挑戰：一是啟動周期較長，單純依靠AnAOB自然富集需60-90天，而接種工程污泥(如垃圾滲濾液處理廠的成熟填料)可將啟動時間縮短至30天；二是水質波動敏感，尤其是工業廢水中重金屬、有機物等抑制因子可能破壞微生物平衡，需通過前置混凝沉淀(如PAC+PAM聯用)或碳源捕捉單元(污泥負荷2-3kgBOD?/kgMLSS·d)進行預處理；三是低溫適應仍需提升，當溫度低于8℃時，即使增加DO(≥4mg/L)，脫氮效率仍會驟降至22.4%，需開發耐冷菌劑或保溫措施。

未來發展方向應聚焦于三個層面：微生物層面，通過合成生物學手段改造AnAOB的耐寒、耐低C/N特性；工藝層面，優化基于AI的參數控制系統，實現DO、C/N、回流量等參數的動態調節；材料層面，開發仿礦化垃圾結構的人工填料，兼具高比表面積(>5000m2/m3)和選擇性微生物富集功能。隨著"雙碳"目標的推進，這一綠色低碳工藝有望在垃圾滲濾液、化工廢水等領域率先實現規模化應用，為污水處理廠的能源自給與碳中和提供關鍵技術支撐。