尿液作為高濃度有機(jī)氮廢水，其脫氮處理一直是分散式污水處理的技術(shù)難點(diǎn)。一體式短程硝化/厭氧氨氧化（CPNA）工藝因其高效低耗的特點(diǎn)備受關(guān)注，但尿液中高濃度COD（碳氮比1.78~2.45）會(huì)顯著抑制脫氮效率。近年來，通過COD預(yù)處理降低尿液有機(jī)負(fù)荷成為提升CPNA工藝穩(wěn)定性的關(guān)鍵策略，其作用機(jī)制與工程實(shí)踐值得深入探討。

COD預(yù)處理對(duì)CPNA工藝的必要性

尿液中的尿素水解產(chǎn)生高濃度氨氮（5000~8000mg/L），同時(shí)伴隨大量有機(jī)物（COD濃度可達(dá)800~1000mg/L）。高COD環(huán)境會(huì)引發(fā)兩大問題：

碳源競(jìng)爭(zhēng)：異養(yǎng)菌與自養(yǎng)菌（氨氧化菌、厭氧氨氧化菌）爭(zhēng)奪溶解氧，導(dǎo)致短程硝化受阻；

電子供體干擾：有機(jī)物作為電子供體可能被厭氧氨氧化菌誤用，抑制亞硝酸鹽還原為氮?dú)獾倪^程。

研究表明，當(dāng)進(jìn)水COD/N超過2.5時(shí)，CPNA工藝的總氮去除率可從90%以上驟降至60%以下。因此，預(yù)處理成為保障工藝穩(wěn)定運(yùn)行的必要環(huán)節(jié)。

預(yù)處理機(jī)制：表面復(fù)氧驅(qū)動(dòng)的COD削減

現(xiàn)有預(yù)處理技術(shù)多依賴厭氧消化或化學(xué)氧化，但存在能耗高、藥劑成本大的缺陷。北京林業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出的進(jìn)水桶掛膜預(yù)處理法，通過生物膜與尿液表面復(fù)氧的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)高效COD降解：

氧氣來源：尿液表面與空氣接觸形成的自然復(fù)氧是主要氧源，聚乙烯瓶的氣液界面面積越大，COD去除速率越快（試驗(yàn)中最大去除速率達(dá)198.1mg/(L·d)）；

生物膜作用：接種CPNA反應(yīng)器污泥后，生物膜中的異養(yǎng)菌優(yōu)先利用易降解有機(jī)物，逐步將COD/N從1.78~2.45降至0.81左右；

難降解有機(jī)物保留：預(yù)處理主要去除易降解COD，剩余難降解部分可通過CPNA工藝中的微生物群落進(jìn)一步代謝。

該方法的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于無需外加動(dòng)力或化學(xué)藥劑，僅需利用尿液儲(chǔ)存容器即可實(shí)現(xiàn)COD削減，特別適合分散式污水處理場(chǎng)景。

工程驗(yàn)證：脫氮效率與系統(tǒng)穩(wěn)定性提升

在70天的連續(xù)試驗(yàn)中，預(yù)處理后的尿液進(jìn)入CPNA-SBR反應(yīng)器表現(xiàn)出顯著效果：

總氮去除率：從83%提升至93%，理論脫氮效率差距縮?。ㄓ?jì)算值81%→實(shí)際值93%）；

COD濃度：預(yù)處理后進(jìn)水COD降低20%~54%，雖未完全消除有機(jī)物影響，但顯著緩解了異養(yǎng)菌對(duì)自養(yǎng)菌的抑制；

微生物群落：預(yù)處理減少了易降解有機(jī)物對(duì)聚磷菌和反硝化菌的碳源競(jìng)爭(zhēng)，使厭氧氨氧化菌成為優(yōu)勢(shì)菌群。

值得注意的是，預(yù)處理并未完全消除COD的影響。試驗(yàn)后期總氮去除率增幅趨緩，表明剩余難降解有機(jī)物仍需通過工藝優(yōu)化（如延長(zhǎng)水力停留時(shí)間）進(jìn)一步處理。

未來方向：低耗高效預(yù)處理技術(shù)集成

當(dāng)前預(yù)處理技術(shù)仍依賴自然復(fù)氧，速率受限。未來可探索：

微氣泡曝氣強(qiáng)化：在進(jìn)水桶底部增設(shè)微孔曝氣裝置，提升復(fù)氧效率；

生物電化學(xué)系統(tǒng)：耦合微生物燃料電池，在降解COD的同時(shí)回收電能；

智能控制：通過傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)COD濃度，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)預(yù)處理時(shí)間。

結(jié)語

COD預(yù)處理是CPNA工藝穩(wěn)定運(yùn)行的核心保障，其低耗高效的特性為分散式尿液脫氮提供了可行方案。隨著材料科學(xué)與智能控制技術(shù)的進(jìn)步，預(yù)處理工藝有望進(jìn)一步優(yōu)化，推動(dòng)尿液資源化回收的規(guī)?；瘧?yīng)用。