近年(nian)来，生物脱(tuo)氮领域开发了许多新工(gong)艺，主(zhu)要(yao)有：同步(bu)硝化(hua)反硝化(hua)；短程硝化(hua)反硝化(hua)；厌氧氨氧化(hua)和(he)全(quan)程自养脱(tuo)氮。

自(zi)20世纪80年代以来(lai), 研(yan)(yan)究人员(yuan)(yuan)在(zai)(zai)一些(xie)没(mei)有(you)明显缺(que)氧(yang)及(ji)厌氧(yang)段的活性污(wu)泥法工艺中, 曾(ceng)多(duo)次观察到(dao)氮的非同(tong)(tong)化(hua)(hua)损失(shi)现(xian)象, 即存在(zai)(zai)有(you)氧(yang)情况下的反(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)反(fan)应(ying)、低氧(yang)情况下的硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)反(fan)应(ying)。在(zai)(zai)这些(xie)处(chu)理系统中,硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)和反(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)往(wang)往(wang)发生在(zai)(zai)相同(tong)(tong)的条(tiao)件下或(huo)同(tong)(tong)一处(chu)理空(kong)间(jian)内, 这种现(xian)象被称作同(tong)(tong)步硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)反(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(SND）,亦有(you)研(yan)(yan)究人员(yuan)(yuan)将(jiang)这种现(xian)象中的反(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)过(guo)程称之为好(hao)氧(yang)反(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)化(hua)(hua)。

工(gong)艺微生物学家在纯种培养(yang)的(de)(de)研(yan)究中发现，硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)细(xi)菌(jun)和反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)细(xi)菌(jun)有非常复杂的(de)(de)生理多(duo)样性，如(ru)：Roberton和Lloyd等证明许多(duo)反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)细(xi)菌(jun)在好(hao)氧条件下能进行反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)；Castingnetti证明许多(duo)异养(yang)菌(jun)能进行硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)。这些新发现使得同时硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)成为可(ke)能，并奠定了SND生物脱(tuo)氮的(de)(de)理论基础。硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)与反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)反(fan)(fan)应动力学平衡控制(zhi)是同步硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)硝(xiao)(xiao)化(hua)(hua)(hua)技术的(de)(de)关键。

在该工艺中，硝化与反硝化反应在同一个构筑物中同时进行，与传统的工艺相比具有明显的优越性：

（1）节(jie)省反应器体(ti)积(ji)和(he)构(gou)筑物占地面(mian)积(ji)，减少投资；

（2）可(ke)(ke)在一定程度上避免NO2-氧化成(cheng)NO3-再(zai)还原成(cheng)NO2-这两步(bu)多余的反(fan)应，从而可(ke)(ke)缩短(duan)反(fan)应时间，还可(ke)(ke)节省(sheng)DO和有机碳；

（3）反硝(xiao)化反应产生的(de)碱度(du)可(ke)以弥补硝(xiao)化反应碱度(du)的(de)消耗，简化pH调节，减少(shao)运行费用。MBBR工艺(yi)是同步硝(xiao)化反硝(xiao)化的(de)典型工艺(yi)。

MBBR工(gong)艺(yi)原理(li)是通(tong)过向反(fan)应(ying)器中投加一定数量的悬浮载体，提高(gao)反(fan)应(ying)器中的生物量及生物种类，从而提高(gao)反(fan)应(ying)器的处理(li)效(xiao)率。由于(yu)(yu)填料密度接近于(yu)(yu)水，所以(yi)在曝(pu)气(qi)的时(shi)候，与水呈完全混合状态，微(wei)(wei)生物生长的环(huan)境为气(qi)、液、固三(san)相(xiang)。载体在水中的碰撞和剪(jian)切作用，使(shi)空气(qi)气(qi)泡更(geng)加细小，增加了氧(yang)气(qi)的利用率。另外(wai)，每(mei)个载体内外(wai)均具(ju)有(you)不同的生物种类，内部生长一些厌氧(yang)菌(jun)(jun)或兼氧(yang)菌(jun)(jun)，外(wai)部为好(hao)养菌(jun)(jun)，这样每(mei)个载体都为一个微(wei)(wei)型反(fan)应(ying)器，使(shi)硝化反(fan)应(ying)和反(fan)硝化反(fan)应(ying)同时(shi)存(cun)在，从而提高(gao)了处理(li)效(xiao)果。

1975年，Voets等发现了硝化过程中亚硝酸盐积累的现象，并首次提出了短程硝化反硝化生物脱氮的概念。1986年Sutherson等证实了其可行性，国内外研究表明，与传统的硝化反硝化相比，短程硝化反硝化具有可减少25%左右的需氧量，降低能耗；节省反硝化阶段所需要的有机碳源，降低了运行费用；缩短HRT，减少反应器体积和占地面积；降低了污泥产量；硝化产生的酸度可部分地由反硝化产生的碱度中和。

因(yin)此，对许多(duo)低C/N比(bi)废(fei)水，目前比(bi)较有代表性的工艺(yi)有亚硝酸菌与固定化微生物单(dan)级生物脱氮(dan)工艺(yi)，单(dan)一反应(ying)器通(tong)过亚硝酸盐去除氨(an)氮(dan)(SHARON)工艺(yi)。

SHARON工(gong)艺(yi)是(shi)由荷兰Delft技术大学(xue)开发(fa)的一(yi)(yi)种新(xin)型脱氮工(gong)艺(yi)，其基本(ben)原理是(shi)在(zai)同一(yi)(yi)个反应器(qi)内，在(zai)有(you)氧条件下，利用(yong)氨氧化菌将氨氮氧化成亚硝(xiao)(xiao)态氮，然后在(zai)缺(que)氧条件下，以有(you)机物为电(dian)子供体，将亚硝(xiao)(xiao)态氮反硝(xiao)(xiao)化成N2。将氨氧化控(kong)制在(zai)亚硝(xiao)(xiao)化阶段是(shi)该(gai)工(gong)艺(yi)的关键。

SHARON工艺的(de)成功在于：

（1）利用(yong)了(le)温度这一重要因素，提高了(le)亚(ya)硝酸(suan)细菌(jun)的(de)竞争能(neng)力；

（2）利用完(wan)全混合(he)反应器在无污(wu)泥(ni)回流条件下污(wu)泥(ni)停(ting)留时(shi)间(jian)(SRT)与水力停(ting)留时(shi)间(jian)(HRT)的同(tong)一性，控制HRT大于亚(ya)(ya)硝(xiao)酸细(xi)(xi)(xi)菌(jun)的世(shi)代(dai)时(shi)间(jian)，小于硝(xiao)酸细(xi)(xi)(xi)菌(jun)的世(shi)代(dai)时(shi)间(jian)，实(shi)现硝(xiao)酸细(xi)(xi)(xi)菌(jun)的“淘洗”，使反应器内主要为亚(ya)(ya)硝(xiao)酸细(xi)(xi)(xi)菌(jun)；

（3）控(kong)制较高的pH值，不仅抑制了(le)(le)硝酸细菌，也消(xiao)除了(le)(le)游离亚(ya)硝酸(FNA)对亚(ya)硝酸细菌的抑制。

1998年在荷兰(lan)已(yi)有此(ci)类(lei)污水(shui)处理厂(chang)投入运行(xing)。

尽(jin)管SHARON工(gong)艺(yi)按有(you)氧(yang)/缺氧(yang)的(de)间歇运行方式(shi)取得了较(jiao)好(hao)的(de)效(xiao)果(guo)，但不能(neng)保证出水(shui)氨(an)氮的(de)浓(nong)度(du)很低。该工(gong)艺(yi)更适于(yu)对较(jiao)高浓(nong)度(du)的(de)含氨(an)氮废水(shui)的(de)预处理或旁(pang)路(lu)处理。

1994年(nian)，Kuenen等(deng)邸发现某些(xie)细菌在(zai)硝(xiao)化(hua)反(fan)硝(xiao)化(hua)反(fan)应(ying)中能利用硝(xiao)酸盐(yan)或(huo)亚硝(xiao)酸盐(yan)作(zuo)电(dian)子受(shou)体将氨氮(dan)氧(yang)化(hua)成N2和气态(tai)氮(dan)化(hua)物(wu)；1995年(nian)，Mulder等(deng)人在(zai)研究脱氮(dan)流化(hua)床反(fan)应(ying)器(qi)时(shi)发现，氨氮(dan)可在(zai)厌(yan)氧(yang)条件下消(xiao)失(shi)，氨氮(dan)的消(xiao)失(shi)与硝(xiao)氮(dan)的消(xiao)耗同时(shi)发生并成正相关(guan)。不久(jiu)，VandeGraaf等(deng)人进一(yi)步证实该过(guo)程(cheng)是一(yi)个微(wei)生物(wu)反(fan)应(ying)，并且实验结果还表明，亚硝(xiao)态(tai)氮(dan)是一(yi)个更(geng)为关(guan)键(jian)的电(dian)子受(shou)体。因此，可以把ANAMMOX完(wan)整的定义为，在(zai)厌(yan)氧(yang)条件下，微(wei)生物(wu)直接以氨氮(dan)作(zuo)为电(dian)子供体，以亚硝(xiao)态(tai)氮(dan)为电(dian)子受(shou)体，转(zhuan)化(hua)为Nz的微(wei)生物(wu)反(fan)应(ying)过(guo)程(cheng)。

ANAMMOX工艺主要采用流化床反应(ying)器(qi)，由于是在厌(yan)氧(yang)条(tiao)件(jian)下直接利用氨氮作电子供体，无需(xu)(xu)供氧(yang)、无需(xu)(xu)外加有机碳源(yuan)维(wei)持(chi)反硝化、无需(xu)(xu)额外投加酸碱中和试(shi)剂(ji)，故降(jiang)低了(le)能(neng)耗，节约(yue)了(le)运行费用。同(tong)时还避免了(le)因投加中和试(shi)剂(ji)有可能(neng)造(zao)成的二次污染(ran)问题。

由于NH3-N和NO2-N同时存在于反(fan)应器(qi)中，因此(ci)，ANAMMOX工艺(yi)(yi)与一(yi)个前置的(de)硝化(hua)过(guo)程结合在一(yi)起是非常必(bi)要的(de)，并且，硝化(hua)过(guo)程只需将部分的(de)NH3-N氧化(hua)为(wei)NO2-N。据此(ci)，荷兰(lan)Delft技(ji)术大学(xue)开(kai)发了SHARON-ANAMMOX联合工艺(yi)(yi)，该联合工艺(yi)(yi)利用(yong)SHARON反(fan)应器(qi)的(de)出水作为(wei)ANAMMOX反(fan)应器(qi)的(de)进水，具有(you)耗氧量(liang)少、污(wu)泥产量(liang)低、不需外加有(you)机碳源等优点(dian)，有(you)很好的(de)应用(yong)前景，成为(wei)生物脱氮领(ling)域内(nei)的(de)一(yi)个研究重点(dian)。

与(yu)其(qi)它(ta)工艺(yi)相比，全程自养脱氨氮(dan)系(xi)统(tong)的优(you)点主要表现在：

(1)不必外加有机碳源(yuan)。因(yin)此，在处(chu)理低C/N比废水时能节省大量能源(yuan)

(2)对亚(ya)硝氮的(de)供(gong)应(ying)没(mei)有要求，含有高氨(an)氮的(de)废水可直接进(jin)入反应(ying)器;

(3)尽管该系(xi)统要(yao)求(qiu)限氧，但不(bu)严格要(yao)求(qiu)厌氧，因此，在实(shi)(shi)际(ji)操作中的控制比(bi)(bi)较容(rong)易。目前，环保小蜜蜂，全(quan)程自养(yang)脱氨氮(dan)系(xi)统的处理能力仍然(ran)很(hen)对其机(ji)理也不(bu)一分明(ming)确，但污(wu)泥接(jie)种体比(bi)(bi)较容(rong)易大量生长，接(jie)种的硝(xiao)(xiao)化污(wu)泥很(hen)在活(huo)性污(wu)泥中产生，这表明(ming)该系(xi)统可应用于(yu)工(gong)程实(shi)(shi)践。氧限制自养(yang)硝(xiao)(xiao)化反(OLAND)工(gong)艺是全(quan)程自养(yang)脱氮(dan)的典(dian)型工(gong)艺。

Kuai等人提出(chu)了OLAND工艺(yi)，该(gai)工艺(yi)的(de)(de)(de)关(guan)键是在活性(xing)污泥反应(ying)器中控制(zhi)氧，使硝(xiao)化过程(cheng)仅进行到氨氮氧化为亚(ya)硝(xiao)酸盐(yan)阶段，由于缺乏电子受体，由 N氧化产生(sheng)的(de)(de)(de)NO2-N氧化未反应(ying)的(de)(de)(de)NH3-N形(xing)成N2。该(gai)反应(ying)机理为由亚(ya)硝(xiao)(Nitrosomonas)催化的(de)(de)(de)NO2-的(de)(de)(de)歧化反应(ying)。

研究表明，亚硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)菌(jun)(jun)(jun)与硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)细菌(jun)(jun)(jun)对氧(yang)的(de)亲和(he)(he)力不同，亚硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)菌(jun)(jun)(jun)氧(yang)饱(bao)和(he)(he)常(chang)(chang)数一般为(wei)0.2~0.4mg/L，硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)菌(jun)(jun)(jun)的(de)为(wei)1.2-1.5mg/L，在低DO条件下(xia)，亚硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)细菌(jun)(jun)(jun)与硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)细菌(jun)(jun)(jun)的(de)增长速率均下(xia)降(jiang)(jiang)，然而硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)细菌(jun)(jun)(jun)的(de)下(xia)降(jiang)(jiang)比亚硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)细菌(jun)(jun)(jun)要快，导致(zhi)亚硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)细菌(jun)(jun)(jun)的(de)增长速率超过硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)细菌(jun)(jun)(jun)，使生物膜上(shang)的(de)细菌(jun)(jun)(jun)以亚硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)细菌(jun)(jun)(jun)为(wei)主体，出(chu)现亚硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)盐(yan)氮(dan)积(ji)累。OLAND工艺就是(shi)利用这2类菌(jun)(jun)(jun)动力学(xue)特(te)性的(de)差异，以淘汰硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)菌(jun)(jun)(jun)，使亚硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)大量(liang)积(ji)累。但迄今为(wei)止，还不清楚这些微生物群(qun)体是(shi)否与正(zheng)常(chang)(chang)的(de)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化菌(jun)(jun)(jun)有关联。

OLAND工艺是(shi)(shi)在低DO浓度(du)下实现(xian)维持亚硝酸积(ji)累，但是(shi)(shi)活性污泥(ni)易解体和发生丝状膨胀。因此，低DO对活性污泥(ni)的沉降性、污泥(ni)膨胀等的影响仍有待(dai)进一步(bu)的研究。