含氮廢水主要來源于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)徑流和生活污水，其氮素污染以氨氮（NH??-N）、硝酸鹽氮（NO??-N）和亞硝酸鹽氮（NO??-N）為主要形態(tài)。這類污染物若未經(jīng)有效處理，會導致水體富營養(yǎng)化、生態(tài)系統(tǒng)失衡，甚至危害人體健康。生物脫氮技術因其經(jīng)濟高效、環(huán)境友好，成為當前含氮廢水治理的核心手段。

一、傳統(tǒng)生物脫氮技術的演進

傳統(tǒng)生物脫氮依賴硝化-反硝化過程：硝化菌將氨氮氧化為硝酸鹽或亞硝酸鹽，反硝化菌在缺氧條件下將其還原為氮氣。然而，該工藝存在兩大瓶頸：一是硝化菌生長緩慢，需較長的污泥齡；二是反硝化需額外投加有機碳源，增加運行成本。為突破這些限制，研究者開發(fā)了多種改良工藝。

同步硝化反硝化（SND）通過優(yōu)化反應器內(nèi)溶解氧分布，在同一反應器內(nèi)實現(xiàn)硝化與反硝化耦合。例如，好氧顆粒污泥（AGS）內(nèi)部形成的溶解氧梯度，使表層硝化菌與內(nèi)層反硝化菌協(xié)同作用，既減少了碳源需求，又降低了曝氣能耗。鄭煥煥團隊利用SND工藝處理高鹽廢水時，在50gNaCl/L的極端條件下，總氮去除率仍超過95%。

短程硝化反硝化（PND）則通過抑制亞硝酸鹽氧化菌（NOB），將氨氮直接轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽后反硝化。該技術可節(jié)省25%的曝氣量和40%的碳源消耗。陳際達等通過調(diào)控pH（7.5-8.5）、溫度（>25℃）和游離氨濃度，使NO??積累率穩(wěn)定在96%以上，顯著提升了脫氮效率。

二、新型生物脫氮技術的突破

厭氧氨氧化（Anammox）技術徹底顛覆了傳統(tǒng)脫氮路徑。該工藝由自養(yǎng)菌（如Candidatus_Brocadia）驅(qū)動，在厭氧條件下以亞硝酸鹽為電子受體，直接將氨氮氧化為氮氣。其優(yōu)勢在于無需有機碳源、污泥產(chǎn)量低，適用于高氨氮、低碳氮比廢水。山東某化工園區(qū)采用Anammox工藝處理煤化工廢水，氨氮去除負荷達1.2kgN/(m3·d)，運行成本降低60%。

微生物電化學系統(tǒng)（BES）通過電極介導電子傳遞，強化脫氮過程。例如，微生物燃料電池（MFC）在產(chǎn)電的同時驅(qū)動硝酸鹽還原，實現(xiàn)能源回收與污染治理的雙重目標。大連化物所開發(fā)的BiVO?光催化劑耦合催化濕式氧化（CWPO）技術，進一步提升了有機物與氮素的協(xié)同去除效率，使煤化工廢水總氮去除率超過85%。

三、工藝優(yōu)化與未來方向

當前生物脫氮技術正朝著“低碳化、智能化”方向發(fā)展。一方面，通過合成生物學改造微生物（如增強耐毒性酶活性），提升極端水質(zhì)下的脫氮穩(wěn)定性；另一方面，借助在線監(jiān)測傳感器與AI算法，實現(xiàn)曝氣量、碳源投加的精準調(diào)控。蘇州淡林環(huán)境研發(fā)的A/O-HBR復合工藝，結合生物膜屏蔽技術與模塊化設計，使高鹽含氮廢水的處理能耗降低30%，占地面積減少50%。

結語

含氮廢水生物處理技術的創(chuàng)新，不僅解決了傳統(tǒng)工藝的高耗能、高成本問題，更為實現(xiàn)“雙碳”目標提供了可行路徑。未來，隨著基因編輯、材料科學等跨學科技術的深度融合，生物脫氮工藝將向更高效、更綠色的方向邁進，為全球水環(huán)境治理貢獻核心力量。