高浓度活性污泥系统在高效节能废水脱氮中的应用研究：DO回收与能耗优化机制解析

针对传统污水处理工艺脱氮效率低、能耗高的问题，本研究创新性地将高浓度活性污泥系统(MLSS>8 g L-1)与气提泵技术结合，通过800-1200%的高回流比实现溶解氧(DO)32%的回收率，在DO 2.5 mg L-1条件下取得TN去除率72%、氨氮去除率94%的突破，为低C/N比污水处理的节能降耗提供了新方案。

　　

随着城市化进程加速，污水处理厂面临越来越严格的氮排放标准。传统A/O和AAO工艺在处理低C/N比污水时，总氮(TN)去除率仅45-62%，且增加外碳源会大幅提升成本。更棘手的是，提高内回流比虽能促进脱氮，但会导致溶解氧(DO)携带量增加，破坏缺氧区环境——这个矛盾如同"既要马儿跑，又要马儿不吃草"，成为制约污水处理效能提升的瓶颈。

西华大学建筑与土木工程学院的研究团队另辟蹊径，将目光投向高浓度活性污泥系统(MLSS)。这种系统中污泥浓度可达8 g L^-1，是传统工艺的2-3倍，其奥秘在于：密集的菌胶团内部会形成DO梯度，外层好氧区域进行硝化，内层缺氧区域完成反硝化，这种"微环境分区"现象被称为同步硝化反硝化(SND)。团队创新性地将气提泵技术与高MLSS系统结合，既实现1200%的超高回流比，又通过污泥微生物快速消耗DO，解决了DO携带难题。

研究采用3 m³ d^-1的铸铁生物反应器，对比了高回流比(模式A，MLSS 8 g L^-1)与传统回流(模式B，MLSS 4 g L^-1)的处理效能。通过DO在线监测、水质参数分析等方法，系统评估了污染物去除、DO回收及能耗情况。关键发现包括：

污染物去除效果分析

在COD_Cr去除方面，模式A平均去除率达96%，较模式B提升2个百分点。如图3所示，高MLSS形成的生物膜对有机物的降解更彻底。氨氮去除表现更为突出，模式A以94%的去除率显著优于模式B的91%，这得益于污泥絮体内部形成的DO梯度为硝化菌和反硝化菌创造了共生环境。

总氮去除突破

最引人注目的是TN去除率的飞跃。如图9所示，模式A在进水TN 45 mg L^-1时仍保持72%的去除率，出水稳定达到一级A标准(15 mg L^-1)。而将模式B回流比提升至500%时，TN去除率不升反降，监测显示缺氧区DO升至0.6 mg L^-1，证实DO抑制是传统工艺难以突破60%去除率天花板的主因。

DO回收与能耗优化

研究揭示了气提泵的双重功效：既实现混合液回流，又贡献32%的DO供给。如表4所示，该技术使模式A在维持2.5 mg L^-1 DO时，日均曝气量仅3 m³ h^-1，较传统工艺节能1.8%。虽然小试规模优势不明显，但推算在万吨级污水厂应用时，DO回收技术可带来显著经济效益。

这项发表在《Sustainable Environment Research》的研究，为污水处理行业提供了创新思路：通过"高MLSS+气提泵"组合拳，既破解了高回流比带来的DO困局，又实现了SND过程的强化。特别对于我国普遍存在的低C/N比城镇污水，该技术无需投加外碳源即可达标，兼具环境效益与经济效益。未来研究可进一步探索电化学耦合等深度节能技术，推动污水处理向"碳中和"目标迈进。