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

COD預處理對CPNA工藝的必要性

尿液中的尿素水解產生高濃度氨氮（5000~8000mg/L），同時伴隨大量有機物（COD濃度可達800~1000mg/L）。高COD環境會引發兩大問題：

碳源競爭：異養菌與自養菌（氨氧化菌、厭氧氨氧化菌）爭奪溶解氧，導致短程硝化受阻；

電子供體干擾：有機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氣的過程。

研究表明，當進水COD/N超過2.5時，CPNA工藝的總氮去除率可從90%以上驟降至60%以下。因此，預處理成為保障工藝穩定運行的必要環節。

預處理機制：表面復氧驅動的COD削減

現有預處理技術多依賴厭氧消化或化學氧化，但存在能耗高、藥劑成本大的缺陷。北京林業大學團隊提出的進水桶掛膜預處理法，通過生物膜與尿液表面復氧的協同作用實現高效COD降解：

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

生物膜作用：接種CPNA反應器污泥后，生物膜中的異養菌優先利用易降解有機物，逐步將COD/N從1.78~2.45降至0.81左右；

難降解有機物保留：預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一步代謝。

該方法的獨特優勢在于無需外加動力或化學藥劑，僅需利用尿液儲存容器即可實現COD削減，特別適合分散式污水處理場景。

工程驗證：脫氮效率與系統穩定性提升

在70天的連續試驗中，預處理后的尿液進入CPNA-SBR反應器表現出顯著效果：

總氮去除率：從83%提升至93%，理論脫氮效率差距縮小（計算值81%→實際值93%）；

COD濃度：預處理后進水COD降低20%~54%，雖未完全消除有機物影響，但顯著緩解了異養菌對自養菌的抑制；

微生物群落：預處理減少了易降解有機物對聚磷菌和反硝化菌的碳源競爭，使厭氧氨氧化菌成為優勢菌群。

值得注意的是，預處理并未完全消除COD的影響。試驗后期總氮去除率增幅趨緩，表明剩余難降解有機物仍需通過工藝優化（如延長水力停留時間）進一步處理。

未來方向：低耗高效預處理技術集成

當前預處理技術仍依賴自然復氧，速率受限。未來可探索：

微氣泡曝氣強化：在進水桶底部增設微孔曝氣裝置，提升復氧效率；

生物電化學系統：耦合微生物燃料電池，在降解COD的同時回收電能；

智能控制：通過傳感器實時監測COD濃度，動態調節預處理時間。

結語

COD預處理是CPNA工藝穩定運行的核心保障，其低耗高效的特性為分散式尿液脫氮提供了可行方案。隨著材料科學與智能控制技術的進步，預處理工藝有望進一步優化，推動尿液資源化回收的規模化應用。