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摘 要： 短程反硝化是將反硝化过程控制在硝酸盐还原的第一步来积累NO2—N，可以有效的节约碳源和、减少温室气体的排放。并且积累的NO2--N可以与厌氧氨氧化、反硝化除磷等诸多工艺耦合。简要介绍了短程反硝化工艺、反硝化除磷和厌氧氨氧化工艺的发展背景，讨论短程反硝化耦合工艺，并对其未来发展进行展望。
关键词： 生物脱氮;短程反硝化;厌氧氨氧化;反硝化除磷
由于现行的污水脱氮除磷工艺中存在各种矛盾，如：硝化菌与聚磷菌对溶解氧DO的竞争;反硝化菌与聚磷菌对碳源的竞争，使得生活污水同步脱氮除磷很难有效实现。另外，国内95%的污水厂出水中氮和磷的排放都难以达到城镇污水国家一级A排放标准。这些矛盾和问题在处理碳、氮、磷比例失调的生活污水（尤其是我国南方地区）时变得尤为突出，碳源不足已成为污水脱氮除磷工艺的“瓶颈”。
反硝化除磷技术[1]，通过利用内碳源PHA，以“一碳两用”的方式同时实现反硝化脱氮和除磷，很好地解决了传统工艺中因碳源不足引起的氮磷去除不稳定的问题，且与传统的脱氮除磷工艺相比，不仅能节省50%的碳源，30%的曝气量，亦能减少50%的污泥产量。
短程反硝化技术和厌氧氨氧化技术都是如今较为前沿的工艺。短程反硝化将反硝化反应控制在生成亚硝态氮阶段，生成的亚硝态氮可作为厌氧氨氧化反应的底物[2]。厌氧氨氧化是指厌氧氨氧化菌在缺氧或厌氧条件下，以二氧化碳或碳酸为碳源，以氨氮和亚硝酸盐为基质，最终还原成氮气排入到大气的一种新型生物脱氮技术。与其他传统工艺相比，具有无需添加有机碳源，运行成本低，脱氮效能高等优点[3]。
1.与短程反硝化反应耦合的相关工艺
1.1通过内源部分反硝化和反硝化除磷实现亚硝酸盐的积累和磷的去除（endogenous partial denitrification and denitrifying phosphorus removal，EPDPR）
1.1.1工艺简介及运行流程
Wang[4]等的工艺处理水质为低氨氮城市污水。本研究在厌氧/缺氧/好氧序批反应器中，将内源部分反硝化和反硝化除磷相结合，同时处理高浓度硝酸盐废水（NO3--N：186.5 mg/L）和城市污水（NH4+-N： 52.6 mg/L，化学需氧量（COD）： 242.7 mg/L），实现了亚硝酸盐积累和磷的去除。138 d后，亚硝积累率（NTR）为75.3%，PO43-P的去除率达到92.3%。运行流程如图1-1所示， EPDPR系统SBR反应器工作容积8L，SBR反应器在厌氧、缺氧和短时间好氧（DO：0.5～1.5mg/l）条件下运行。延长厌氧阶段（150-180 min）可提高进水碳源的利用率和胞内碳源的形成。而缺氧阶段（120-170 min）用于发生内源性部分反硝化和反硝化除磷反应。同样，较短的曝气阶段（10-30分钟）用于确保在亚硝酸盐不氧化的情况下进一步清P。在每个运行周期（6h）中，有3L城市污水在厌氧阶段前10min注入SBR反应器，在缺氧前10min添加2 L硝酸盐合成污水。在好氧阶段最后2分钟的排出200 - 250ml混合液。
1.1.2处理效果及相关结论
在阶段1 （1 - 22 d），平均进水COD浓度为238.2 mg/L，PO43-P出水很低，但是好氧硝化效果差，出水NH4+-N浓度从10.4 mg/L逐渐增加到15.7 mg/L。出水NO2--N和NO3--N浓度分别为0.6和8.5 mg/L。第2阶段（23-45 d）（缺氧时间120min和厌氧排水比为3/8，）抑制了P的去除，出水PO43-P增加到1.3 mg/L。NTR从23日的54.7%上升到45日的85.6%。在第三阶段（46-81 d），有氧持续时间延长至30min，出水PO43-P浓度下降至0.2 mg/L。出水NH4+-N， NO2--N和NO3--N浓度分别稳定在26.2、30.8和0.7 mg/L，而NTR约为65.7%，表示此阶段的内源性部分反硝化稳定。在第4阶段（82-104 d），用185.6 mg/L硝酸盐溶液代替缺氧进水以测定EPDPR性能。缺氧时间延长至170 min。出水PO43-P浓度始终低于0.5 mg/L，表明延长缺氧期有利于DPR完全去除磷。废水NH4+-N和NO3--N浓度分别维持在27.1和0.9 mg/L，与第三阶段相同，该阶段平均NTR达到73.4%。第5阶段（105-138 d） 缺氧时间缩短至150min，出水PO43-P浓度低于0.5 mg/L，出水NH4+-N和NO2--N浓度分别为26.2和26.5 mg/L。但NO3--N浓度因为缺氧时间缩短有所增加。
将高浓度硝酸盐（186.5 mg/L）污水和低C/N（4.0）城市污水结合，实现了亚硝酸盐的积累和磷的去除。138天后，通过适当控制厌氧排水比例和缺氧/好氧持续时间，可以获得高NTR（75.3%）和PO43-P去除率（92.3%），平均出水NH4+-N， NO2--N、NO3--N， COD和PO43-P浓度分别为26.5，27.1，1.8，23.5和0.4 mg/L， NH4+-N / NO2--N比为1：1.02。这表明后续工艺仍有和厌氧氨氧化（anammox）工艺耦合的可能。
1.1.3工程运用及可行性分析
与硝化反应或外源部分反硝化作用相比，EPDPR方法不仅可以去除磷，还可以为厌氧氨氧化（anammox）提供亚硝酸盐来源，同时内碳源相比于外碳源碳源利用率高，节约COD。但是因为DPAOs和DGAOs会竞争有限的碳源和硝酸盐来源，DGAOs通过EPD产生的亚硝酸盐将被利用DPAOs进行DPR，导致亚硝酸盐产量低。此外，可能会出现磷去除率低的问题。
1.2通过内源部分反硝化耦合厌氧氨氧化实现低C/N污水深度脱氮工艺研究（endogenous partial denitrification and anammox，EPDA）
关键词： 生物脱氮;短程反硝化;厌氧氨氧化;反硝化除磷
由于现行的污水脱氮除磷工艺中存在各种矛盾，如：硝化菌与聚磷菌对溶解氧DO的竞争;反硝化菌与聚磷菌对碳源的竞争，使得生活污水同步脱氮除磷很难有效实现。另外，国内95%的污水厂出水中氮和磷的排放都难以达到城镇污水国家一级A排放标准。这些矛盾和问题在处理碳、氮、磷比例失调的生活污水（尤其是我国南方地区）时变得尤为突出，碳源不足已成为污水脱氮除磷工艺的“瓶颈”。
反硝化除磷技术[1]，通过利用内碳源PHA，以“一碳两用”的方式同时实现反硝化脱氮和除磷，很好地解决了传统工艺中因碳源不足引起的氮磷去除不稳定的问题，且与传统的脱氮除磷工艺相比，不仅能节省50%的碳源，30%的曝气量，亦能减少50%的污泥产量。
短程反硝化技术和厌氧氨氧化技术都是如今较为前沿的工艺。短程反硝化将反硝化反应控制在生成亚硝态氮阶段，生成的亚硝态氮可作为厌氧氨氧化反应的底物[2]。厌氧氨氧化是指厌氧氨氧化菌在缺氧或厌氧条件下，以二氧化碳或碳酸为碳源，以氨氮和亚硝酸盐为基质，最终还原成氮气排入到大气的一种新型生物脱氮技术。与其他传统工艺相比，具有无需添加有机碳源，运行成本低，脱氮效能高等优点[3]。
1.与短程反硝化反应耦合的相关工艺
1.1通过内源部分反硝化和反硝化除磷实现亚硝酸盐的积累和磷的去除（endogenous partial denitrification and denitrifying phosphorus removal，EPDPR）
1.1.1工艺简介及运行流程
Wang[4]等的工艺处理水质为低氨氮城市污水。本研究在厌氧/缺氧/好氧序批反应器中，将内源部分反硝化和反硝化除磷相结合，同时处理高浓度硝酸盐废水（NO3--N：186.5 mg/L）和城市污水（NH4+-N： 52.6 mg/L，化学需氧量（COD）： 242.7 mg/L），实现了亚硝酸盐积累和磷的去除。138 d后，亚硝积累率（NTR）为75.3%，PO43-P的去除率达到92.3%。运行流程如图1-1所示， EPDPR系统SBR反应器工作容积8L，SBR反应器在厌氧、缺氧和短时间好氧（DO：0.5～1.5mg/l）条件下运行。延长厌氧阶段（150-180 min）可提高进水碳源的利用率和胞内碳源的形成。而缺氧阶段（120-170 min）用于发生内源性部分反硝化和反硝化除磷反应。同样，较短的曝气阶段（10-30分钟）用于确保在亚硝酸盐不氧化的情况下进一步清P。在每个运行周期（6h）中，有3L城市污水在厌氧阶段前10min注入SBR反应器，在缺氧前10min添加2 L硝酸盐合成污水。在好氧阶段最后2分钟的排出200 - 250ml混合液。
1.1.2处理效果及相关结论
在阶段1 （1 - 22 d），平均进水COD浓度为238.2 mg/L，PO43-P出水很低，但是好氧硝化效果差，出水NH4+-N浓度从10.4 mg/L逐渐增加到15.7 mg/L。出水NO2--N和NO3--N浓度分别为0.6和8.5 mg/L。第2阶段（23-45 d）（缺氧时间120min和厌氧排水比为3/8，）抑制了P的去除，出水PO43-P增加到1.3 mg/L。NTR从23日的54.7%上升到45日的85.6%。在第三阶段（46-81 d），有氧持续时间延长至30min，出水PO43-P浓度下降至0.2 mg/L。出水NH4+-N， NO2--N和NO3--N浓度分别稳定在26.2、30.8和0.7 mg/L，而NTR约为65.7%，表示此阶段的内源性部分反硝化稳定。在第4阶段（82-104 d），用185.6 mg/L硝酸盐溶液代替缺氧进水以测定EPDPR性能。缺氧时间延长至170 min。出水PO43-P浓度始终低于0.5 mg/L，表明延长缺氧期有利于DPR完全去除磷。废水NH4+-N和NO3--N浓度分别维持在27.1和0.9 mg/L，与第三阶段相同，该阶段平均NTR达到73.4%。第5阶段（105-138 d） 缺氧时间缩短至150min，出水PO43-P浓度低于0.5 mg/L，出水NH4+-N和NO2--N浓度分别为26.2和26.5 mg/L。但NO3--N浓度因为缺氧时间缩短有所增加。
将高浓度硝酸盐（186.5 mg/L）污水和低C/N（4.0）城市污水结合，实现了亚硝酸盐的积累和磷的去除。138天后，通过适当控制厌氧排水比例和缺氧/好氧持续时间，可以获得高NTR（75.3%）和PO43-P去除率（92.3%），平均出水NH4+-N， NO2--N、NO3--N， COD和PO43-P浓度分别为26.5，27.1，1.8，23.5和0.4 mg/L， NH4+-N / NO2--N比为1：1.02。这表明后续工艺仍有和厌氧氨氧化（anammox）工艺耦合的可能。
1.1.3工程运用及可行性分析
与硝化反应或外源部分反硝化作用相比，EPDPR方法不仅可以去除磷，还可以为厌氧氨氧化（anammox）提供亚硝酸盐来源，同时内碳源相比于外碳源碳源利用率高，节约COD。但是因为DPAOs和DGAOs会竞争有限的碳源和硝酸盐来源，DGAOs通过EPD产生的亚硝酸盐将被利用DPAOs进行DPR，导致亚硝酸盐产量低。此外，可能会出现磷去除率低的问题。
1.2通过内源部分反硝化耦合厌氧氨氧化实现低C/N污水深度脱氮工艺研究（endogenous partial denitrification and anammox，EPDA）