傳統生物脫氮方法在廢水脫氮方麵起到了一定的（de）作用，但仍存在許多問題。如：氨氮（dàn）完全硝（xiāo）化需消耗（hào）大量的氧（yǎng），増加了動力消耗；對C/N比低的廢水，需外加有機碳源；工藝流程（chéng）長，占地麵積大，基建投資高等。

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

       1、同步硝化反（fǎn）硝化（huà）（SND）

       自20世紀80年代以來, 研究人員在一些沒有明顯缺（quē）氧及厭氧段的活性汙泥法（fǎ）工藝中, 曾多次觀察到氮的非（fēi）同（tóng）化損失現（xiàn）象, 即存（cún）在有氧（yǎng）情況（kuàng）下（xià）的反硝化（huà）反應、低氧情（qíng）況下的硝化（huà）反應（yīng）。在（zài）這些處（chù）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, 這種現（xiàn）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（de）反硝化過程稱之為好氧反硝（xiāo）化。

       工藝微生物學家在純種培養的研究（jiū）中發現（xiàn），硝化細菌和反硝化細菌有（yǒu）非（fēi）常複雜的生理多（duō）樣性，如：Roberton和Lloyd等證（zhèng）明許多反硝化細菌在好氧條件（jiàn）下能進行反硝化；Castingnetti證明許（xǔ）多異養菌能進行硝化。這些新發現使得同時硝化反硝（xiāo）化成為可能，並奠定了SND生物脫氮的理論基礎。硝化與（yǔ）反硝化的反應動力學平衡控製是同步硝化反硝化技術的關鍵。

       在該工（gōng）藝中，硝化與反硝化反（fǎn）應（yīng）在同一個構築物中同時進行，與傳統的工藝相比具有（yǒu）明顯的優越性：（1）節省反應器體積和構築物（wù）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，從而可縮短反應時間，還可（kě）節（jiē）省DO和有機碳；（3）反硝化反應產生的堿度可以彌補（bǔ）硝化反應堿度的消耗，簡化pH調節，減少運（yùn）行費用。MBBR工（gōng）藝是同步硝化反硝化的典型（xíng）工藝。

       MBBR工藝原理是通過向反應器（qì）中投加一定數量的（de）懸浮載體，提高反應器中的生物（wù）量及生物種類，從而提高反應器的處理（lǐ）效率。由於填料密度（dù）接（jiē）近於水，所（suǒ）以在曝氣的時候，與水呈完全混合狀態，微生物生（shēng）長的環境（jìng）為氣、液、固三（sān）相。載體在水中（zhōng）的碰撞和剪切作（zuò）用，使空氣氣泡更加細小，增加了（le）氧（yǎng）氣的利用率。另外，每個載體內外均具有不同的生（shēng）物種（zhǒng）類，內部（bù）生長一些厭氧菌或兼氧菌（jun1），外部為好養菌，這樣每個載體都為一個微型（xíng）反（fǎn）應器，使硝化反應和反（fǎn）硝化反應同時存在，從而提高了處理效果。

       2、短程硝化-反硝化（SHARON）

       1975年，Voets等發現（xiàn）了硝化過程中亞硝酸鹽積累的（de）現象（xiàng），並*次提出了短程硝（xiāo）化反硝化生物脫氮的概念。1986年Sutherson等證實了（le）其可行性（xìng），國內外（wài）研究表明，與傳統的硝化反硝化相比，短程硝化反硝化具有可減少25%左（zuǒ）右的需氧量，降低能耗；節省反硝化階段所（suǒ）需要的有機碳源，降低了運行費用；縮短HRT，減少（shǎo）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（hé）。

       因此，對許（xǔ）多低C/N比廢水，目前比較有代表性的工藝（yì）有亞硝酸菌與（yǔ）固定化微生物單級生物脫氮工藝，單一反應器通過亞硝酸鹽去除（chú）氨氮(SHARON)工藝。

       SHARON工藝是由荷蘭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（yī）個反（fǎn）應器內，在有氧條（tiáo）件下，利用氨氧化菌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，將亞硝態氮反硝化成N2。將氨氧化控製（zhì）在亞硝化階段是（shì）該工藝的（de）關鍵。

       SHARON工（gōng）藝的成功在於：

       (1)利（lì）用了溫度這一重要因素，提高了（le）亞硝酸細菌的（de）競爭能力；

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

       (3)控製較高的（de）pH值，不僅抑製了硝酸細菌，也消除（chú）了遊離亞硝酸(FNA)對亞硝酸細（xì）菌的抑製。

       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（yǒu）氧/缺（quē）氧的間歇運行方式取得了較好的效果，但（dàn）不能保證出水氨氮的濃度很（hěn）低。該工藝（yì）更適於對較高濃（nóng）度的（de）含氨氮廢水的預處理或旁路（lù）處理。

       3、厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝

       1994年，Kuenen等邸發現某些細菌在硝化反硝化反應中（zhōng）能利用硝（xiāo）酸鹽或亞硝酸鹽作電子受體將氨氮氧（yǎng）化（huà）成N2和氣態氮化（huà）物；1995年（nián），Mulder等人（rén）在研究脫氮流化床反應器時發現，氨氮可在厭（yàn）氧條件下消失，氨氮的消失與硝氮的消耗同時發生並成正（zhèng）相關。不久，VandeGraaf等人進一步證實該過程是一（yī）個微生物反應，並且實驗結果還表明，亞硝態（tài）氮是（shì）一個更為關鍵的電子受體。因此，可以把ANAMMOX完整的定義為，在厭氧（yǎng）條件下，微生物直接以氨氮作為電子供體，以亞硝態氮（dàn）為（wéi）電子受體，轉化為Nz的微生物反應過程（chéng）。

       ANAMMOX工藝主要采用流化床反應器（qì），由於是在厭氧條件下直接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（jiǎn）中和試劑，故降低了能耗，節約了運行費用（yòng）。同時還避免了因投加中（zhōng）和試劑有可能（néng）造成的（de）二次汙（wū）染問題。

       由於NH3-N和NO2-N同時存在於反（fǎn）應器中，因此，ANAMMOX工藝與一個前置的（de）硝化過程結合在一起是非常必要的，並且，硝（xiāo）化（huà）過程隻需將部分的NH3-N氧（yǎng）化為NO2-N。據此，荷蘭Delft技術大學開發了SHARON-ANAMMOX聯合工藝，該聯合工（gōng）藝（yì）利用SHARON反應器的出水作為ANAMMOX反（fǎn）應器的（de）進水（shuǐ），具有耗氧量少、汙泥（ní）產量低、不需外（wài）加有機碳源等優點，有（yǒu）很好的應用前景，成為（wéi）生物脫氮領域內的一個研究重點。

       4、全程自養脫氨氮(CANON)

       與其它工藝（yì）相比，全程自養脫氨氮係統的優點主要表現在：

       (1)不必（bì）外加有機碳源。因（yīn）此，在處理低（dī）C/N比廢水時能節省大量（liàng）能源；

       (2)對（duì）亞（yà）硝氮的供應沒有要求，含有高氨氮的廢水可直接進入反（fǎn）應器；

       (3)盡管該係統要求限氧，但不嚴格要求厭（yàn）氧，因此，在實際操作中（zhōng），氧氣的控（kòng）製比（bǐ）較容易。目前，全程自養脫氨氮係統的處理能力仍然很低，對其機理也不（bú）十（shí）分明確，但汙泥接種體比較容易大量生長，接（jiē）種的硝化汙泥很容易在活性汙（wū）泥中產生，這表明該係統可應用於工程（chéng）實踐。氧（yǎng）限製自養硝化反硝化(OLAND)工藝是（shì）全（quán）程自養（yǎng）脫氮的典（diǎn）型工藝。

       Kuai等人提出了OLAND工藝，該工藝的關（guān）鍵是在活性汙泥反應器中控製溶解氧，使硝化過程僅進行（háng）到氨氮氧化為亞硝酸鹽階段，由於缺（quē）乏電（diàn）子受體（tǐ），由（yóu）NH3-N氧化產生（shēng）的NO2-N氧化未反應的NH3-N形成N2。該（gāi）反應機理為（wéi）由亞硝酸菌(Nitrosomonas)催（cuī）化的NO2-的（de）歧化反應。

       研究表明，亞硝酸菌與硝酸細菌對氧的親和力（lì）不同，亞硝酸菌（jun1）氧飽和常數（shù）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（jun1）下降，然而硝酸細菌的下降比亞硝酸細菌（jun1）要快，導（dǎo）致亞硝酸（suān）細菌的（de）增長速率超過硝酸細菌，使生物膜上（shàng）的細菌以亞硝酸細菌為主體，出現亞硝酸鹽氮（dàn）積累。OLAND工藝就是利（lì）用這2類菌動力學特性的差異，以淘汰（tài）硝酸菌，使亞硝酸大量積累。但迄今（jīn）為止，還不清楚這些（xiē）微生物群體是否與正常的硝化菌有關聯（lián）。

OLAND工藝是在低DO濃度下實現（xiàn）維持亞（yà）硝酸積累，但是活性（xìng）汙泥易解體和發生絲狀（zhuàng）膨脹。因此，低DO對活性汙（wū）泥的沉降（jiàng）性、汙泥膨（péng）脹等的影響仍有待進一步的研究（jiū）。