膜强化IFAS-PN/A耦合系统实现高氨氮低碳冷凝废水高效脱氮

针对高氨氮(1972–2365 mg/L)、低碳氮比(0.02–0.03)冷凝废水处理难题，研究人员开发了膜强化IFAS-PN/A耦合系统，通过膜截留优化污泥持留与生物膜协同作用，实现1.5 kg N/(m3 ·d)脱氮速率及82.3%效率，显著抑制硝酸盐积累(4.5%)，为工业废水处理提供创新解决方案。

　　

在全球氨工业生产中，氨蒸发工艺产生的冷凝废水具有极高氨氮浓度(>2000 mg/L)、极低碳氮比(COD/N=0.02–0.03)及含硫抑制物等特性，传统硝化-反硝化工艺面临能耗高、需外源碳等问题。而基于厌氧氨氧化(Anammox)的PN/A工艺虽能实现自养脱氮，但功能菌生长缓慢(倍增时间3.3–11天)、生物量易流失等瓶颈制约其工业化应用。针对这一挑战，中国国家自然科学基金资助团队创新性地将膜分离技术与IFAS-PN/A系统耦合，通过微生物生态调控与工程优化，实现了高氨氮工业废水的高效处理。

研究采用12L圆柱形IFAS反应器，集成浸没式膜组件与超声液位控制，通过四阶段实验(135天)逐步提升氮负荷(NLR)。关键方法包括：(1)膜截留实现污泥龄(SRT)与水力停留时间(HRT)解耦；(2)生物膜-悬浮污泥协同富集功能菌；(3)高通量测序解析微生物群落；(4)化学计量法评估氮转化路径。

长期脱氮性能
系统在NLR 1.5 kg N/(m³
·d)时实现82.3%脱氮效率(NRE)，硝酸盐生成比仅4.5%。相I(1–15天)亚硝化率(NAR)达93%，证实部分亚硝化(PN)成功建立；相IV(91–135天)膜通量维持15 L/(m²
·h)，显示抗膜污染能力。

微生物群落特征
膜截留选择性富集悬浮污泥中的Nitrosomonas(10.1%)，生物膜中Candidatus Brocadia占比达24.3%，生物膜脱落进一步将其丰度提升4.8%。功能基因分析揭示anammox与反硝化协同路径。

结论与意义
该研究通过膜强化IFAS-PN/A系统实现：(1)厌氧氨氧化菌(AnAOB)有效持留；(2)AOB/AnAOB活性协同提升；(3)硝酸盐副产物抑制。相比传统工艺，能耗降低60%且无需外源碳，为煤化工、化肥等行业废水处理提供新范式。论文发表于《Bioresource Technology》，其"膜-生物膜-污泥"三元调控策略对推动PN/A工艺工业化具有里程碑意义。