傳統生物脫氮方法在廢水（shuǐ）脫氮方麵起（qǐ）到了一定（dìng）的作用，但仍存在許多（duō）問（wèn）題（tí）。如：氨（ān）氮（dàn）完全硝化需消耗大量的氧，増加了動力消耗；對C/N比低的廢（fèi）水，需外（wài）加有機碳源；工藝流程長，占地麵積大，基（jī）建投資高等。

       近年來，生（shēng）物（wù）脫氮領域開發（fā）了許多新工藝，主要有：同步硝化反硝化；短程（chéng）硝化反硝（xiāo）化；厭氧氨氧化和全程自養脫氮（dàn）。

       1、同步硝化反硝化（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汙泥（ní）法工藝中, 曾多次觀察到氮的非同化損失現象（xiàng）, 即存在有（yǒu）氧（yǎng）情（qíng）況下的反硝化反應、低氧情況下的硝化反應。在這（zhè）些處理係統中,硝化和反硝化往往發生在相同（tóng）的條（tiáo）件下或同一處理空間內, 這（zhè）種現象被稱作同步硝化反硝化(SND）,亦有研究人員將這種現象中的反硝化過程稱之為好氧反硝化。

       工藝微生物學家在純種培養的研究中發現，硝化細菌和反硝化（huà）細菌有非常複雜的生理多樣性，如：Roberton和Lloyd等證明許多反硝化細菌在（zài）好氧條（tiáo）件下能進（jìn）行反硝化（huà）；Castingnetti證明許多異養菌能進行硝化。這些新（xīn）發現使得（dé）同（tóng）時硝化反硝化成為可能，並奠定了SND生物脫（tuō）氮的（de）理論基礎。硝化與反硝化的反應動力學平衡控（kòng）製是同步硝化反硝（xiāo）化技術的關鍵。

       在該（gāi）工（gōng）藝中，硝化與反硝化反應在同一個構築物中同時進行，與傳統的工藝相比具（jù）有明顯的優越性：（1）節省（shěng）反應器體積和構築物占地麵積，減少投資；（2）可在一定程度上避免NO2-氧化成NO3-再還原成NO2-這兩（liǎng）步多餘的反應，從而可縮短反應時間，還可節省（shěng）DO和有機碳；（3）反硝化反應產生的堿度可（kě）以彌補硝化反（fǎn）應堿度的消耗，簡化pH調節，減少運行費用。MBBR工藝是同步（bù）硝化反硝化的典（diǎn）型工藝。

       MBBR工藝原（yuán）理（lǐ）是通過向反應器中（zhōng）投加一定數量（liàng）的（de）懸（xuán）浮載體，提高反應器中的生物量及生物種類，從而提高反應器的處（chù）理效率。由於填料密度接近於水（shuǐ），所以（yǐ）在曝氣的時候，與水呈完全混合狀態，微生物（wù）生長的環（huán）境為氣、液、固三相（xiàng）。載體在水中的碰撞和剪切作用，使空氣（qì）氣泡更加細小，增加了氧（yǎng）氣的利用率。另外，每個載體內外均具有不同的（de）生物種類，內（nèi）部生長一些厭氧菌或兼氧菌，外部為好養菌，這樣每個載體都為一個微型反應器，使硝化反應和反硝化（huà）反應同時存在，從而（ér）提高了處理效果。

       2、短程硝化（huà）-反硝化（SHARON）

       1975年，Voets等發現了硝化過程中亞硝酸鹽積累的現象，並*次提出（chū）了短程硝化反硝化生物脫（tuō）氮的概（gài）念。1986年Sutherson等證實了其可行性，國內外（wài）研究表明，與傳統的硝化反硝化相（xiàng）比，短程硝化反硝化具有可減少25%左右的需氧量，降低能耗；節省反硝化階段所需要的有（yǒu）機碳源，降低了運行費用；縮短（duǎn）HRT，減少反應器體積和占地麵積（jī）；降低了汙泥（ní）產量（liàng）；硝化產生的酸（suān）度可部分地由反硝化產生的堿度中和。

       因此，對許多（duō）低C/N比廢水，目前比（bǐ）較有代表性的工藝有亞硝酸菌與（yǔ）固定（dìng）化微生物單級生物脫氮工（gōng）藝，單一反應器通過亞硝（xiāo）酸鹽去除氨氮(SHARON)工藝。

       SHARON工藝是由荷蘭（lán）Delft技術大學開發的（de）一種新型脫氮工藝，其基本原理是在同一個反應器內，在有氧條件下，利用（yòng）氨氧化（huà）菌（jun1）將氨氮氧化成亞硝態氮，然後在缺氧條件下，以有機物為電子供體，將亞硝態氮反（fǎn）硝化（huà）成N2。將氨氧化控製在（zài）亞硝化階段是該工（gōng）藝的關鍵。

       SHARON工藝的（de）成功在於：

       (1)利用了溫度這（zhè）一重要（yào）因素，提高了亞硝酸細菌的競爭能力（lì）；

       (2)利用完全（quán）混合反應器在無汙泥回流（liú）條件下汙泥停留時間(SRT)與水力停留時間(HRT)的同一性，控製HRT大於（yú）亞硝酸細菌（jun1）的世（shì）代時間，小於硝酸細菌的世代時間，實現硝酸細菌（jun1）的（de）“淘洗”，使（shǐ）反應器內主要為亞硝酸細菌；

       (3)控製較高的pH值（zhí），不僅抑製了硝酸細菌，也消除了遊離（lí）亞硝酸(FNA)對亞（yà）硝酸細菌的抑製。

       1998年在荷蘭已有此類汙水處（chù）理廠投入運行。

       盡管SHARON工藝按有氧/缺氧的間歇運行方式取得了較好的（de）效果，但不能（néng）保證出水氨氮的濃度很低。該工藝更適於對較高濃度的（de）含氨氮廢水的預處理（lǐ）或旁路處（chù）理。

       3、厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝

       1994年，Kuenen等邸發現某些細菌在（zài）硝（xiāo）化反硝化反應中能利（lì）用硝酸鹽或亞硝酸鹽作電子受（shòu）體將氨氮氧化成N2和（hé）氣態氮化物；1995年，Mulder等（děng）人（rén）在研（yán）究脫氮（dàn）流化床（chuáng）反應器時發現，氨氮可在厭氧條件下消失，氨氮的消（xiāo）失與硝（xiāo）氮的消耗同時發生並成正相關（guān）。不久，VandeGraaf等人進（jìn）一步證實該過程（chéng）是（shì）一個微生物反應，並且實驗（yàn）結果還表明，亞硝態（tài）氮是一個更為關鍵的電（diàn）子（zǐ）受體。因此（cǐ），可以把ANAMMOX完整的定（dìng）義為（wéi），在厭氧條件下，微生物直接以氨氮作為電（diàn）子供體，以亞硝態氮為電子（zǐ）受體，轉化為Nz的微生物反（fǎn）應過程。

       ANAMMOX工藝主要采用流化床反（fǎn）應器，由於是在厭氧條件（jiàn）下直接利用氨（ān）氮作電（diàn）子（zǐ）供體，無需供氧、無需外加有機碳源維持反硝化、無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（jì）有可能造成的二次汙染問題（tí）。

       由於（yú）NH3-N和NO2-N同時存在於反應器中，因此（cǐ），ANAMMOX工（gōng）藝與（yǔ）一個前置的硝化過程結合在一起是（shì）非（fēi）常必要的，並且，硝化過程隻需將部（bù）分的NH3-N氧化為NO2-N。據此，荷蘭Delft技術（shù）大學開發（fā）了SHARON-ANAMMOX聯合（hé）工藝，該聯合工藝利用SHARON反應（yīng）器（qì）的出水作為ANAMMOX反應器的進水，具有耗氧量少、汙泥產量低、不需外加有機碳源（yuán）等優點，有很好的應用前景，成為生物脫氮領域內的一個研究重點。

       4、全程自養（yǎng）脫氨氮(CANON)

       與其它工藝相比，全程自（zì）養脫氨氮係統的優點主要（yào）表現在：

       (1)不必外加（jiā）有機碳源。因此（cǐ），在（zài）處理低C/N比廢水時能節省大量能源；

       (2)對亞硝氮的供應沒（méi）有要求，含有高氨氮的（de）廢水可直接進入反應器；

       (3)盡（jìn）管該係統要求限氧，但不嚴格（gé）要求厭氧（yǎng），因此，在實際操作中，氧氣的控製比較（jiào）容易。目前，全（quán）程自養脫氨氮係統的處理能力仍然很低，對其機理也不十分明確，但汙泥接種體比（bǐ）較容易（yì）大量生長，接種的硝化汙泥很容易在活性汙泥中產生，這表明該（gāi）係統可應（yīng）用（yòng）於工程實踐。氧（yǎng）限製自養硝化反（fǎn）硝化(OLAND)工藝是全程自養脫氮的典型工藝。

       Kuai等人提出（chū）了OLAND工藝（yì），該工藝的關鍵（jiàn）是（shì）在活性汙泥反應器中控製溶解氧，使硝化過程僅進行到氨氮氧（yǎng）化為亞硝酸鹽階段，由（yóu）於缺乏電子受體，由NH3-N氧化產生的NO2-N氧化（huà）未反應的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。

       研究（jiū）表明，亞硝酸（suān）菌與硝酸（suān）細菌對氧的（de）親和力不同，亞（yà）硝（xiāo）酸菌氧飽和常數一般為0.2~0.4mg/L，硝酸菌的為1.2-1.5mg/L，在低DO條件下，亞硝酸細菌與硝酸細菌的增長速率均下降，然而硝酸（suān）細菌的下降比亞硝（xiāo）酸細菌要快（kuài），導（dǎo）致亞（yà）硝酸細菌的增長速率（lǜ）超過硝（xiāo）酸細菌（jun1），使生物膜上的細菌以亞硝酸細菌為主（zhǔ）體，出（chū）現（xiàn）亞硝酸鹽氮積累。OLAND工藝（yì）就是利用這2類菌動力學特（tè）性的差異，以淘汰（tài）硝酸菌，使亞硝酸大量積累。但迄今為止，還（hái）不清楚這些（xiē）微（wēi）生物群（qún）體是否與正常（cháng）的硝化菌有關聯。

OLAND工藝是在（zài）低DO濃度下實現維持亞硝酸積累，但是活性汙（wū）泥（ní）易解體和發生絲狀膨脹。因此，低DO對活性汙泥的沉降性（xìng）、汙泥膨脹等的影響仍有待（dài）進一步的研究（jiū）。