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隨同著城市化和工業(yè)化的快速開展，城市污水中污染物組分組成的復(fù)雜水平也有相應(yīng)的增加。關(guān)于工業(yè)污水而言，化工、有色、石化、農(nóng)副食品、紡織等行業(yè)是NH/-N污染排放的排放量占工業(yè)排放總量的85%以上。污水中呈現(xiàn)低C高N問題大都表如今以下5個方面：食品行業(yè)；畜禽養(yǎng)殖業(yè)；化工行業(yè)；含蛋白質(zhì)高濃度有機(jī)工業(yè)污水處理厭氧后段；城市污水進(jìn)水，由于水量大、含蛋白質(zhì)量大的高濃度污水經(jīng)點(diǎn)源處置后也會形成NH/-N偏高，C/N比比例失調(diào)。

傳統(tǒng)生物脫氮辦法在廢水脫氮方面起到了一定的作用，但仍存在許多問題。如：氨氮徹底硝化需耗費(fèi)大量的氧，増加了動力耗費(fèi)；對C/N比低的廢水，需外加有機(jī)碳源；工藝流程長，所需空間大，基建投資高等。

近年來，生物脫氮范疇開發(fā)了許多新工藝，主要有：同步硝化反硝化；短程硝化反硝化；厭氧氨氧化和全程自養(yǎng)脫氮。

1、同步硝化反硝化（SND）

自20世紀(jì)80年代以來, 研討人員在一些沒有明顯缺氧及厭氧段的活性污泥法工藝中, 曾屢次察看到氮的非異化損失現(xiàn)象, 即存在有氧狀況下的反硝化反響、低氧狀況下的硝化反響。在這些處置系統(tǒng)中,硝化和反硝化常常發(fā)作在相同的條件下或同一處置空間內(nèi), 這種現(xiàn)象被稱作同步硝化反硝化(SND）,亦有研討人員將這種現(xiàn)象中的反硝化過程稱之為好氧反硝化。

工藝微生物學(xué)家在純種培育的研討中發(fā)現(xiàn)，硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌有十分復(fù)雜的生理多樣性，如：Roberton和Lloyd等證明許多反硝化細(xì)菌在好氧條件下能實(shí)行反硝化；Castingnetti證明許多異養(yǎng)菌能實(shí)行硝化。這些新發(fā)現(xiàn)使得同時硝化反硝化成為可能，并奠定了SND生物脫氮的理論根底。硝化與反硝化的反響動力學(xué)均衡控制是同步硝化反硝化技術(shù)的關(guān)鍵。

在該工藝中，硝化與反硝化反響在同一個構(gòu)筑物中同時實(shí)行，與傳統(tǒng)的工藝相比具有明顯的優(yōu)越性：（1）儉省反響器體積和構(gòu)筑物占空中積，減少投資；（2）可在一定水平上防止NO2-氧化成NO3-再復(fù)原成NO2-這兩步多余的反響，從而可縮短反響時間，還可儉省DO和有機(jī)碳；（3）反硝化反響產(chǎn)生的堿度能夠補(bǔ)償硝化反響堿度的耗費(fèi)，簡化pH調(diào)理，減少運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。MBBR工藝是同步硝化反硝化的典型工藝。

MBBR工藝原理是經(jīng)過向反響器中投加一定數(shù)量的懸浮載體，提升反響器中的生物量及生物品種，從而提升反響器的處置效率。由于填料密度接近于水，所以在曝氣時，與水呈完整混合狀態(tài)，微生物生長的環(huán)境為氣、液、固三相。載體在水中的碰撞和剪切作用，使空氣氣泡愈加細(xì)小，增加了氧氣的應(yīng)用率。另外，每個載體內(nèi)外均具有不同的生物品種，內(nèi)部生長一些厭氧菌或兼氧菌，外部為好養(yǎng)菌，這樣每個載體都為一個微型反響器，使硝化反響和反硝化反響同時存在，從而提升了處置效果。

2、短程硝化-反硝化（SHARON）

1975年，Voets等發(fā)現(xiàn)了硝化過程中亞硝酸鹽積聚的現(xiàn)象，并初次提出了短程硝化反硝化生物脫氮的概念。1986年Sutherson等證明了其可行性，國內(nèi)外研討標(biāo)明，與傳統(tǒng)的硝化反硝化相比，短程硝化反硝化具有可減少25%左右的需氧量，降低能耗；儉省反硝化階段所需求的有機(jī)碳源，降低了運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用；縮短HRT，減少反響器體積和占空中積；降低了污泥產(chǎn)量；硝化產(chǎn)生的酸度可局部地由反硝化產(chǎn)生的堿度中和。

因而，對許多低C/N比廢水，目前比擬有代表性的工藝有亞硝酸菌與固定化微生物單級生物脫氮工藝，單一反響器經(jīng)過亞硝酸鹽去除氨氮(SHARON)工藝。

SHARON工藝是由荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)開發(fā)的一種新型脫氮工藝，其根本原理是在同一個反響器內(nèi)，在有氧條件下，應(yīng)用氨氧化菌將氨氮氧化成亞硝態(tài)氮，然后在缺氧條件下，以有機(jī)物為電子供體，將亞硝態(tài)氮反硝化成N2。將氨氧化控制在亞硝化階段是該工藝的關(guān)鍵。

SHARON工藝的勝利在于：

(1)應(yīng)用了溫度這一重要要素，提升了亞硝酸細(xì)菌的競爭性；

(2)應(yīng)用完整混合反響器在無污泥回流條件下污泥停留時間(SRT)與水力停留時間(HRT)的同一性，控制HRT大于亞硝酸細(xì)菌的世代時間，小于硝酸細(xì)菌的世代時間，完成硝酸細(xì)菌的“淘洗”，使反響器內(nèi)主要為亞硝酸細(xì)菌；

(3)控制較高的pH值，不只抑止了硝酸細(xì)菌，也消弭了游離亞硝酸(FNA)對亞硝酸細(xì)菌的抑止。

1998年在荷蘭已有此類污水處置廠投入運(yùn)轉(zhuǎn)。

雖然SHARON工藝按有氧/缺氧的間歇運(yùn)轉(zhuǎn)方式獲得了較好的效果，但不能保證出水氨氮的濃度很低。該工藝更適于對較高濃度的含氨氮廢水的預(yù)處置或旁路處置。

3、厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝

1994年，Kuenen等邸發(fā)現(xiàn)某些細(xì)菌在硝化反硝化反響中能應(yīng)用硝酸鹽或亞硝酸鹽作電子受體將氨氮氧化成N2和氣態(tài)氮化物；1995年，Mulder等人在研討脫氮流化床反響器時發(fā)現(xiàn)，氨氮可在厭氧條件下消逝，氨氮的消逝與硝氮的耗費(fèi)同時發(fā)作并成正相關(guān)。不久，VandeGraaf等人進(jìn)一步證明該過程是一個微生物反響，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果還標(biāo)明，亞硝態(tài)氮是一個更為關(guān)鍵的電子受體。因而，能夠把ANAMMOX完好的定義為，在厭氧條件下，微生物直接以氨氮作為電子供體，以亞硝態(tài)氮為電子受體，轉(zhuǎn)化為Nz的微生物反響過程。

ANAMMOX工藝主要采用流化床反響器，由于是在厭氧條件下直接應(yīng)用氨氮作電子供體，無需供氧、無需外加有機(jī)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(jié)約了運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。同時還防止了因投加中和試劑有可能形成的二次污染問題。

由于NH3-N和NO2-N同時存在于反響器中，因而，ANAMMOX工藝與一個前置的硝化過程分離在一同是十分必要的，并且，硝化過程只需將局部的NH3-N氧化為NO2-N。據(jù)此，荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)開發(fā)了SHARON-ANAMMOX結(jié)合工藝，該結(jié)合工藝應(yīng)用SHARON反響器的出水作為ANAMMOX反響器的進(jìn)水，具有耗氧量少、污泥產(chǎn)量低、不需外加有機(jī)碳源等優(yōu)點(diǎn)，有很好的應(yīng)用前景，成為生物脫氮范疇內(nèi)的一個研討重點(diǎn)。

4、全程自養(yǎng)脫氨氮(CANON)

與其它工藝相比，全程自養(yǎng)脫氨氮系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要表如今：

(1)不用外加有機(jī)碳源。因而，在處置低C/N比廢水時能儉省大量能源；

(2)對亞硝氮的供給沒有請求，含有高氨氮的廢水可直接進(jìn)入反響器；

(3)雖然該系統(tǒng)請求限氧，但不嚴(yán)厲請求厭氧，因而，在實(shí)踐操作中，氧氣的控制比擬容易。目前，全程自養(yǎng)脫氨氮系統(tǒng)的處置才能依然很低，對其機(jī)理也不非常明白，但污泥接種體比擬容易大量生長，接種的硝化污泥很容易在活性污泥中產(chǎn)生，這標(biāo)明該系統(tǒng)可應(yīng)用于工程理論。氧限制自養(yǎng)硝化反硝化(OLAND)工藝是全程自養(yǎng)脫氮的典型工藝。

Kuai等人提出了OLAND工藝，該工藝的關(guān)鍵是在活性污泥反響器中控制溶解氧，使硝化過程僅停止到氨氮氧化為亞硝酸鹽階段，由于缺乏電子受體，由NH3-N氧化產(chǎn)生的NO2-N氧化未反響的NH3-N構(gòu)成N2。該反響機(jī)理為由亞硝酸菌(Nitrosomonas)催化的NO2-的歧化反響。

研討標(biāo)明，亞硝酸菌與硝酸細(xì)菌對氧的親和力不同，亞硝酸菌氧飽和常數(shù)通常為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(xì)菌與硝酸細(xì)菌的增長速率均降落，但是硝酸細(xì)菌的降落比亞硝酸細(xì)菌要快，招致亞硝酸細(xì)菌的增長速率超越硝酸細(xì)菌，使生物膜上的細(xì)菌以亞硝酸細(xì)菌為主體，呈現(xiàn)亞硝酸鹽氮積聚。OLAND工藝就是應(yīng)用這2類菌動力學(xué)特性的差別，以淘汰硝酸菌，使亞硝酸大量積聚。但迄今為止，還不分明這些微生物群體能否與正常的硝化菌有關(guān)聯(lián)。

OLAND工藝是在低DO濃度下完成維持亞硝酸積聚，但是活性污泥易崩潰和發(fā)作絲狀收縮。因而，低DO對活性污泥的沉降性、污泥收縮等的影響仍有待進(jìn)一步的研討。