傳統生物脫氮（dàn）方法在廢水（shuǐ）脫氮方麵起到了一定的作用，但仍存在許多問題。如：氨氮完全硝化需（xū）消耗大量的氧，増加了動力消（xiāo）耗；對C/N比低的廢水，需（xū）外加有機碳源；工藝流（liú）程長，占（zhàn）地麵積大，基建投資高等。

       近（jìn）年來，生物脫氮領（lǐng）域開發了許多新工藝，主要有：同步（bù）硝化反硝化；短程硝（xiāo）化（huà）反硝化；厭氧氨氧化和全程自養脫氮。

       1、同步（bù）硝化反硝化（SND）

       自20世紀80年代以來, 研究人員在一些沒有明顯缺氧及厭氧段的活性（xìng）汙泥法工藝（yì）中, 曾多次（cì）觀（guān）察到氮的非同化損（sǔn）失（shī）現象, 即存在有氧情況下的反硝化反應、低氧情況下的硝化反（fǎn）應。在這些處理係統中,硝化（huà）和反硝化往往發（fā）生在相同的條件下或同一處理空間內, 這種現象被稱作同步硝化反硝化(SND）,亦有研究人員將這種（zhǒng）現象中的反硝化過程稱之為好氧反硝（xiāo）化。

       工（gōng）藝（yì）微生物學家在（zài）純種培養的研究中發現，硝化細菌和反（fǎn）硝（xiāo）化細菌有非常（cháng）複雜的生理（lǐ）多（duō）樣性，如：Roberton和Lloyd等證明許多反硝化細菌在（zài）好氧條件下能進行反硝化；Castingnetti證明許多異養菌能進行硝化。這些新發現使得同時硝化反硝化成為可能，並奠定了SND生物脫氮的理（lǐ）論基礎。硝化與反硝化的反應動力學平衡控製是同步硝化反硝（xiāo）化技術的關鍵。

       在該工藝中，硝化與（yǔ）反硝化（huà）反應在同一（yī）個構築物中同時進行，與傳統的（de）工藝相比具有明（míng）顯的優越性：（1）節省反應器體積和構築物占地麵積，減少投資；（2）可在一定程度上（shàng）避免NO2-氧化（huà）成（chéng）NO3-再還原成NO2-這兩步多餘的反應，從而可縮短反應（yīng）時間（jiān），還可節省DO和有機碳；（3）反硝化反應產生的堿度可以彌補硝化反應堿度的消耗，簡化pH調節，減少（shǎo）運行費用。MBBR工藝是同步硝化反（fǎn）硝（xiāo）化的典型工藝。

       MBBR工藝原理是通過向反應器中（zhōng）投加一定數量的懸浮載（zǎi）體，提高（gāo）反應器中的生物量及生物（wù）種類，從（cóng）而提高反（fǎn）應器的處理效（xiào）率。由於填料密度接近於（yú）水，所以在曝氣的時候，與水呈完全混合狀態，微生物（wù）生長的環境為氣、液、固三相。載體在水中的碰撞和剪切作用，使空氣氣泡更加細小（xiǎo），增加（jiā）了氧氣的（de）利用率。另外，每個載體內外均具有不同的生物種類，內部生長一些厭氧菌或（huò）兼氧菌，外部（bù）為好養菌，這樣每個載體（tǐ）都為（wéi）一（yī）個微型反應器，使硝化反應和反硝化反應同時存在，從而提高了處理（lǐ）效果。

       2、短程硝化-反硝化（SHARON）

       1975年，Voets等發現了硝化過程中亞硝酸鹽積累（lèi）的現象，並*次提出了短（duǎn）程硝化（huà）反硝化生物脫氮的概念。1986年Sutherson等證實了（le）其可行（háng）性，國內外研究表明，與傳統的硝化反硝化相比，短程硝化反硝（xiāo）化具有可減少25%左右的需氧量，降低能耗；節（jiē）省反硝化階段所需要的有機（jī）碳（tàn）源，降低了運行費用；縮短HRT，減少反應器（qì）體積和占地麵積；降低了汙泥產量；硝化產生的酸度可（kě）部分地由反硝化（huà）產生的堿度中和。

       因此，對許多低C/N比（bǐ）廢（fèi）水，目前比較有代表性的（de）工藝有亞硝酸菌與固定化微生物單級生物（wù）脫氮工藝，單一反應器通過亞硝酸鹽去除氨氮(SHARON)工藝。

       SHARON工藝是由荷蘭Delft技術大學開發的一種（zhǒng）新型脫氮（dàn）工藝，其基本原理（lǐ）是在同一個反應器（qì）內，在有氧條件下，利用氨氧化菌將氨氮氧化成亞硝態氮，然（rán）後在缺氧條件下，以有機物為電子供體，將亞硝態氮反硝化成N2。將氨（ān）氧化控製在亞硝化階段是該工藝的關鍵。

       SHARON工藝（yì）的成（chéng）功在於：

       (1)利用了溫度這一重要因素，提高了亞硝酸細（xì）菌的競爭（zhēng）能力（lì）；

       (2)利用完全混（hún）合反（fǎn）應器在無汙泥回流條件下汙泥停留時間(SRT)與水力停留時間(HRT)的同（tóng）一（yī）性，控製HRT大於亞硝酸細菌的世代時間，小於硝酸細菌的世代時間，實現硝酸細菌的“淘洗”，使反應器內主要為亞硝酸細菌；

       (3)控製較高（gāo）的pH值，不僅抑製了硝（xiāo）酸細菌，也消除（chú）了遊離（lí）亞硝酸(FNA)對亞硝（xiāo）酸細菌的抑製。

       1998年在荷蘭已（yǐ）有此（cǐ）類汙水處理廠投入運行。

       盡管（guǎn）SHARON工藝按有氧/缺氧的間歇運行方式（shì）取得了較好的效果，但不能保證出水氨氮的濃度（dù）很低。該工藝更適（shì）於對較高（gāo）濃度的含氨氮廢（fèi）水的預處（chù）理（lǐ）或（huò）旁路（lù）處理。

       3、厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝

       1994年，Kuenen等邸發現某些細菌在（zài）硝化反硝化反應中能利用硝酸鹽或亞硝酸鹽作電子受體將氨氮氧化成N2和氣（qì）態氮化物；1995年，Mulder等人在（zài）研究脫氮流化床反應器時發現，氨氮可在厭氧條件下消失，氨（ān）氮的消失與硝氮的消耗同（tóng）時發生並成正（zhèng）相關。不久，VandeGraaf等人進一（yī）步證實該過程是一個微（wēi）生（shēng）物反應，並且實驗結果還表明（míng），亞硝態氮是一個更為關（guān）鍵的電子受體（tǐ）。因此，可以把ANAMMOX完整的定義為（wéi），在厭（yàn）氧條件下，微生物直接以氨氮作為電子供體，以亞硝態氮為電子受體，轉化為（wéi）Nz的微生物反應過程。

       ANAMMOX工藝（yì）主要采用流化（huà）床反應器，由於是在厭氧條件下直接（jiē）利用氨氮作電子供體，無需供氧、無需外加有機碳源（yuán）維持反硝化、無（wú）需額外投加酸堿中和試劑，故降低了能耗，節約了運行費用。同時還避免了因投加中和試劑有可能造成的二次汙染問題。

       由於NH3-N和NO2-N同時存在於反應器中，因（yīn）此，ANAMMOX工藝與一個前（qián）置（zhì）的硝化（huà）過程結合在一起是非常必要的，並且，硝化過程隻需將部分的NH3-N氧化為（wéi）NO2-N。據此，荷蘭Delft技術（shù）大學開發了（le）SHARON-ANAMMOX聯合工藝，該聯合工藝利用SHARON反應器（qì）的（de）出水作為ANAMMOX反應器的進水，具有（yǒu）耗氧量少、汙泥（ní）產量低、不需外加有機碳（tàn）源等優點，有很好的應用前景，成為生物脫氮領域內的（de）一個研究重點。

       4、全程（chéng）自養脫氨氮(CANON)

       與其（qí）它工藝相比，全程自養脫（tuō）氨氮係統的優點主要（yào）表現在：

       (1)不必外加有機碳源。因此，在處理低C/N比（bǐ）廢水時能節省大（dà）量能源；

       (2)對亞硝（xiāo）氮的供應沒有要（yào）求（qiú），含有高氨氮（dàn）的廢水可（kě）直接進入反（fǎn）應器；

       (3)盡管（guǎn）該係統（tǒng）要求限（xiàn）氧，但不嚴格要求厭氧，因此，在實際操作中，氧氣的控製比較容易。目前，全程自養脫（tuō）氨氮係統的處理能力仍然很低，對其機理（lǐ）也不十（shí）分明確，但汙泥接種體比較（jiào）容易大量生長（zhǎng），接種的硝（xiāo）化汙泥很容易在活性汙泥中產生（shēng），這表（biǎo）明該係統可應用於工程實踐。氧限製自養硝化反硝化(OLAND)工藝是全（quán）程自養脫氮的典型工藝。

       Kuai等人（rén）提出了OLAND工藝（yì），該工藝的關鍵是在活性汙泥反應器中控製（zhì）溶（róng）解氧，使硝化過程僅進（jìn）行到氨氮（dàn）氧化為亞硝酸鹽階段，由於缺乏電子受體，由NH3-N氧（yǎng）化產生的NO2-N氧化（huà）未（wèi）反應的NH3-N形成N2。該反應機理為由亞硝酸菌(Nitrosomonas)催化的NO2-的歧化反應（yīng）。

       研究表明，亞硝（xiāo）酸菌與硝酸細菌（jun1）對氧的親和力（lì）不同，亞硝酸菌氧飽和常數一（yī）般為0.2~0.4mg/L，硝酸菌的為1.2-1.5mg/L，在低DO條件下，亞（yà）硝酸細（xì）菌與硝酸（suān）細菌的增長速率均下降，然而硝酸細菌的下降比亞硝酸細菌要快，導致亞硝（xiāo）酸細菌的增長速（sù）率超過（guò）硝酸細（xì）菌，使生物膜上的細菌以亞硝酸細菌為主體，出現亞硝酸鹽氮積累。OLAND工（gōng）藝就是（shì）利用這2類菌動（dòng）力學（xué）特性的差異，以淘汰硝酸菌，使亞硝（xiāo）酸大量（liàng）積累。但迄今為（wéi）止，還不清楚這些微生物群體是否與正（zhèng）常的硝化菌有關聯。

OLAND工藝是在低DO濃度下實現維持亞硝酸積累，但是活性汙泥易解體（tǐ）和（hé）發生絲狀膨脹。因此，低DO對活性汙（wū）泥的沉降性、汙泥膨脹等的影響仍有待進一步的研究。