在污水处理领域，低基质CANON工艺因其无需外加碳源、低能耗的特点，成为高氨氮废水处理的重要技术方向。然而，曝气方式作为影响工艺脱氮效能的核心因素，其优化对提升系统稳定性具有决定性作用。本文基于最新研究进展，探讨不同曝气模式对CANON工艺的影响机制及优化策略。
一、CANON工艺的技术特点与挑战
CANON工艺通过将短程硝化与厌氧氨氧化耦合于同一反应器，实现氨氮高效转化为氮气。其优势在于曝气量较传统工艺降低60%以上，且无需有机碳源。但在低基质条件下，该工艺面临两大挑战：一是氨氧化菌（AOB）生长速率低于亚硝酸盐氧化菌（NOB），易导致NOB过度增殖；二是溶解氧（DO）控制精度要求极高，需在0.3-1.0mg/L的狭窄范围内维持亚硝酸盐积累。
二、曝气方式对脱氮效能的影响机制
研究表明，曝气模式的差异直接影响微生物群落结构与污染物去除效果。连续曝气虽能维持稳定的DO环境，但易造成NOB适应低氧条件而大量繁殖。实验数据显示，连续曝气条件下，NOB占比可达35%，导致总氮去除率（NRE）仅30.5%。相比之下，间歇曝气通过周期性缺氧-好氧切换，可显著抑制NOB活性。当采用20分钟曝气/20分钟停歇的间歇模式时，NRE提升至76.7%，NOB丰度下降至1.02%。
这一现象的机理在于：
AOB的快速响应特性：间歇曝气的高频开/关模式更有利于AOB（如Nitrosomonas）的富集。AOB在每次曝气初期迅速启动氨氧化反应，而NOB因代谢速率较慢难以竞争底物。
DO梯度的选择性抑制：曝气阶段末期DO浓度控制在1.0-1.3mg/L时，可穿透生物膜表层抑制NOB，同时保证AOB和厌氧氨氧化菌（AnAOB）的活性。宏基因组分析表明，此条件下Candidatus_Kuenenia（优势AnAOB菌属）丰度达21.53%，显著高于连续曝气组的15.76%。
三、工艺优化方向与工程应用
当前研究聚焦于通过精准控制曝气参数提升系统效能：
动态DO调控技术：结合在线传感器与智能算法，实时调整曝气强度与时长。试验发现，将曝气阶段DO峰值维持在0.8-1.0mg/L，非曝气阶段DO低于0.2mg/L时，TN去除率可达85%以上。
复合曝气模式探索：部分学者提出脉冲曝气与微孔扩散相结合的方式，在保证氧气供给的同时增强生物膜内部传质效率。小试结果显示，该模式使氨氮容积负荷提高至0.8kg/(m³·d)。
在实际工程中，需注意以下要点：
填料选择：SPR-1型悬浮填料（比表面积450m²/m³）可有效截留微生物，避免因频繁曝气导致的生物量流失。
碳源管理：尽管CANON工艺为自养脱氮，但低基质条件下适量补充有机碳（如乙酸钠）可提升AOB活性，建议HCO₃⁻/NH₄⁺质量比控制在1.2-1.5。
四、未来发展趋势
随着传感器技术与人工智能的融合，CANON工艺将向智能化、低碳化方向发展。例如，通过机器学习预测NOB活性变化趋势，实现曝气策略的前馈控制；开发耐低温型AOB菌剂，拓展工艺在寒冷地区的应用潜力。此外，耦合电化学强化技术可能成为突破低基质限制的新途径。
结语
曝气方式的优化显著提升了低基质CANON工艺的脱氮效能，其核心在于平衡DO供给与微生物竞争关系。未来需进一步解析生物膜内微环境动态，开发更精准的控制策略，推动该工艺在市政污水深度处理中的规模化应用。
