傳統生物脫氮方法在廢水脫氮方麵起到了一定的作用，但仍存在許多問題。如：氨氮（dàn）完（wán）全硝化需（xū）消耗大量的氧，増加了動力消耗；對C/N比低的廢水，需外（wài）加（jiā）有機碳（tàn）源；工藝流程長（zhǎng），占地麵積大，基建投資高等。

       近年來，生物脫（tuō）氮領域開發了許多新工藝（yì），主要有：同步硝化反硝化（huà）；短程硝化反硝化；厭氧氨氧化和全程自養脫氮。

       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（xiǎn）缺氧及厭氧段（duàn）的活性汙泥法工藝中, 曾多次觀察到（dào）氮的非同化損（sǔn）失現象, 即存在有氧情（qíng）況下的反（fǎn）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的條件下或同一處理空間內, 這種（zhǒng）現象被稱（chēng）作同步硝化反硝化(SND）,亦有研究人（rén）員將（jiāng）這種現象中的反硝化過程（chéng）稱之為好氧反硝化。

       工藝微（wēi）生物學家在純種培養的研（yán）究中發現，硝化細菌和反硝化細菌有非常複雜的生理多樣性，如：Roberton和Lloyd等證明許多（duō）反硝化細菌在好氧條件下能進行反硝化；Castingnetti證明許多異養菌能進行硝化（huà）。這些新（xīn）發現使得同時（shí）硝化反硝化成為可能，並奠定了（le）SND生物脫氮的理論基礎。硝化與反硝化的反應動力（lì）學平衡控製是同步硝化反硝化技（jì）術的關鍵。

       在該工藝（yì）中，硝化與反硝化反應（yīng）在（zài）同一個構築物中同時（shí）進行，與傳統的（de）工藝相比具有明顯的優越性：（1）節省反應器體積和（hé）構（gòu）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-這兩步多餘的反應，從而可縮短（duǎn）反應時間，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（yùn）行費用。MBBR工藝是同步硝化反硝化的典型工藝。

       MBBR工藝原理是通過向反應器中投加一定數量的懸浮載體，提高（gāo）反應（yīng）器中的生物量及生物種類，從而提高反應器的處理效率。由於填料（liào）密度接近於水，所以在曝氣的時候，與水呈完全混合狀態，微生物生長的環境為氣（qì）、液、固三相。載體（tǐ）在水中的碰撞和（hé）剪（jiǎn）切作用，使空氣氣泡更加細（xì）小，增加了氧氣的利用率（lǜ）。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兼氧菌（jun1），外部為好養菌，這樣每（měi）個載體都為一個微型反應器，使硝化反應和反硝化反應同時存在（zài），從而提高了處理效果。

       2、短程硝（xiāo）化（huà）-反硝化（SHARON）

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

       因此，對許多低（dī）C/N比廢水，目（mù）前比較有代表性的工藝有亞硝酸（suān）菌與固（gù）定化微生物單級生物脫氮工（gōng）藝，單一反應（yīng）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新型脫氮工藝，其基本原理是在（zài）同一個反應器內，在有氧條件下，利用氨氧（yǎng）化菌將氨氮氧化成亞硝態（tài）氮，然後在（zài）缺（quē）氧條件下，以有機物為電子供體，將亞硝態氮反硝化成N2。將氨氧（yǎng）化控（kòng）製在亞硝化階段是該工藝的關鍵。

       SHARON工藝的成功在於（yú）：

       (1)利用了溫度這（zhè）一重要因（yīn）素，提高了亞硝酸細（xì）菌的競爭能力；

       (2)利用（yòng）完全混合反應（yīng）器在（zài）無汙（wū）泥回流條件下汙泥停留時間(SRT)與水力（lì）停留時（shí）間(HRT)的同一性，控製HRT大於亞硝酸細菌的世（shì）代（dài）時間，小於硝酸細菌的世代時間，實現硝酸細（xì）菌的“淘洗”，使反應器內主要為亞硝酸細（xì）菌；

       (3)控製較（jiào）高（gāo）的pH值，不僅（jǐn）抑製了硝酸細菌，也消除了遊離亞硝酸(FNA)對（duì）亞硝酸（suān）細菌的（de）抑製。

       1998年在荷蘭已有此類汙水處理廠投入運行。

       盡管SHARON工藝按有氧/缺氧的間（jiān）歇運行方式取得了較好的效果，但不（bú）能保（bǎo）證出水氨氮（dàn）的濃度很（hěn）低。該工藝更適（shì）於對較高濃度的含氨氮廢水的預處理或旁路處理。

       3、厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝

       1994年，Kuenen等邸發現某些細菌在硝化反硝化反應（yīng）中能利用硝酸鹽或亞硝酸鹽作電子受（shòu）體將氨氮氧化成N2和氣態氮化物；1995年（nián），Mulder等人在研究（jiū）脫氮流化（huà）床反應器時（shí）發現，氨氮可在厭氧條件下消失，氨氮的消失與硝氮的消耗同時發生並成正相關。不久，VandeGraaf等人進（jìn）一步證實該過程是一個微生物反應，並且實（shí）驗結（jié）果還表明，亞硝態氮是一（yī）個更為關鍵的電子受體。因此，可以把ANAMMOX完整的定義為（wéi），在（zài）厭氧條件下，微生物直接以氨氮（dàn）作為電子供（gòng）體，以亞硝（xiāo）態氮為電子受體，轉化為Nz的微生物反應過程。

       ANAMMOX工藝主要采用（yòng）流化床反應器，由於是在厭氧條件下直（zhí）接利（lì）用氨（ān）氮作電子供體，無需供氧、無需（xū）外加有機碳源維持反硝化（huà）、無需額外投加酸堿中和試劑，故（gù）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（kě）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（qì）中，因此，ANAMMOX工藝與一個前（qián）置的硝化過程結合在一（yī）起是非常（cháng）必要的，並且，硝化過程隻（zhī）需將部分的NH3-N氧化為NO2-N。據（jù）此，荷蘭Delft技術大學開發了SHARON-ANAMMOX聯合工（gōng）藝，該聯合（hé）工藝利用SHARON反（fǎn）應器（qì）的出水作為ANAMMOX反應器的進（jìn）水，具有耗氧量少、汙泥產量低（dī）、不需外加有機碳源等優點，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、全程自養脫氨氮(CANON)

       與其它工（gōng）藝相比，全程自養（yǎng）脫氨氮係統的優點主要表（biǎo）現在：

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

       (2)對（duì）亞硝氮的供應沒有要（yào）求，含有高氨氮的廢水可直接進（jìn）入反應器；

       (3)盡管該係統要求限氧（yǎng），但不嚴格要求厭氧，因此，在（zài）實際操作中，氧氣的控製比較容易。目前（qián），全程自養脫氨（ān）氮係統（tǒng）的處理能力仍然很低，對其機理也不十分明確，但汙（wū）泥接種體比較容易（yì）大量生（shēng）長，接（jiē）種的硝化汙泥很容易（yì）在活性汙泥（ní）中產生，這表明該係統可應用於工程實踐。氧限製自養硝（xiāo）化反硝化(OLAND)工藝是（shì）全程（chéng）自養脫氮的典型工（gōng）藝。

       Kuai等（děng）人提出了OLAND工藝，該工藝的關鍵是在活（huó）性汙泥反應器中控製溶解氧，使硝化過程僅進行到氨（ān）氮氧化（huà）為亞硝酸鹽階段（duàn），由於缺乏電子受體，由NH3-N氧化產（chǎn）生的NO2-N氧（yǎng）化未反應的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。

       研究表明（míng），亞硝酸菌與硝酸（suān）細菌對氧（yǎng）的親和力不同，亞硝酸（suān）菌氧飽和常（cháng）數一般為0.2~0.4mg/L，硝酸菌（jun1）的（de）為1.2-1.5mg/L，在（zài）低DO條件下，亞硝酸細菌與硝酸細菌的增長速率均下降，然而硝酸細菌的下降比亞硝酸細菌要快，導致亞硝酸細菌的增長速率超過硝酸細菌，使生物膜上的細菌以亞硝酸細（xì）菌為主體，出現亞硝酸鹽氮積累。OLAND工藝就是（shì）利用這2類菌動（dòng）力學特性的差異，以淘汰硝（xiāo）酸菌，使亞硝酸大（dà）量積累。但迄今（jīn）為止，還不清楚這（zhè）些微生物群體是否與（yǔ）正常的（de）硝化菌有關聯（lián）。

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