CPNA工艺尿液脱氮效率C0D预处理的影响

尿液作为高浓度有机氮废水，其脱氮处理一直是分散式污水处理的技术难点。一体式短程硝化/厌氧氨氧化（CPNA）工艺因其高效低耗的特点备受关注，但尿液中高浓度COD（碳氮比1.78~2.45）会显著抑制脱氮效率。近年来，通过COD预处理降低尿液有机负荷成为提升CPNA工艺稳定性的关键策略，其作用机制与工程实践值得深入探讨。

COD预处理对CPNA工艺的必要性

尿液中的尿素水解产生高浓度氨氮（5000~8000mg/L），同时伴随大量有机物（COD浓度可达800~1000mg/L）。高COD环境会引发两大问题：

碳源竞争：异养菌与自养菌（氨氧化菌、厌氧氨氧化菌）争夺溶解氧，导致短程硝化受阻；

电子供体干扰：有机物作为电子供体可能被厌氧氨氧化菌误用，抑制亚硝酸盐还原为氮气的过程。

研究表明，当进水COD/N超过2.5时，CPNA工艺的总氮去除率可从90%以上骤降至60%以下。因此，预处理成为保障工艺稳定运行的必要环节。

预处理机制：表面复氧驱动的COD削减

现有预处理技术多依赖厌氧消化或化学氧化，但存在能耗高、药剂成本大的缺陷。北京林业大学团队提出的进水桶挂膜预处理法，通过生物膜与尿液表面复氧的协同作用实现高效COD降解：

氧气来源：尿液表面与空气接触形成的自然复氧是主要氧源，聚乙烯瓶的气液界面面积越大，COD去除速率越快（试验中最大去除速率达198.1mg/(L·d)）；

生物膜作用：接种CPNA反应器污泥后，生物膜中的异养菌优先利用易降解有机物，逐步将COD/N从1.78~2.45降至0.81左右；

难降解有机物保留：预处理主要去除易降解COD，剩余难降解部分可通过CPNA工艺中的微生物群落进一步代谢。

该方法的独特优势在于无需外加动力或化学药剂，仅需利用尿液储存容器即可实现COD削减，特别适合分散式污水处理场景。

工程验证：脱氮效率与系统稳定性提升

在70天的连续试验中，预处理后的尿液进入CPNA-SBR反应器表现出显著效果：

总氮去除率：从83%提升至93%，理论脱氮效率差距缩小（计算值81%→实际值93%）；

COD浓度：预处理后进水COD降低20%~54%，虽未完全消除有机物影响，但显著缓解了异养菌对自养菌的抑制；

微生物群落：预处理减少了易降解有机物对聚磷菌和反硝化菌的碳源竞争，使厌氧氨氧化菌成为优势菌群。

值得注意的是，预处理并未完全消除COD的影响。试验后期总氮去除率增幅趋缓，表明剩余难降解有机物仍需通过工艺优化（如延长水力停留时间）进一步处理。

未来方向：低耗高效预处理技术集成

当前预处理技术仍依赖自然复氧，速率受限。未来可探索：

微气泡曝气强化：在进水桶底部增设微孔曝气装置，提升复氧效率；

生物电化学系统：耦合微生物燃料电池，在降解COD的同时回收电能；

智能控制：通过传感器实时监测COD浓度，动态调节预处理时间。

结语

COD预处理是CPNA工艺稳定运行的核心保障，其低耗高效的特性为分散式尿液脱氮提供了可行方案。随着材料科学与智能控制技术的进步，预处理工艺有望进一步优化，推动尿液资源化回收的规模化应用。