含氮廢水主要來源于工業生產、農業徑流和生活污水，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。這類污染物若未經有效處理，會導致水體富營養化、生態系統失衡，甚至危害人體健康。生物脫氮技術因其經濟高效、環境友好，成為當前含氮廢水治理的核心手段。

一、傳統生物脫氮技術的演進

傳統生物脫氮依賴硝化-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，研究者開發了多種改良工藝。

同步硝化反硝化（SND）通過優化反應器內溶解氧分布，在同一反應器內實現硝化與反硝化耦合。例如，好氧顆粒污泥（AGS）內部形成的溶解氧梯度，使表層硝化菌與內層反硝化菌協同作用，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），將氨氮直接轉化為亞硝酸鹽后反硝化。該技術可節省25%的曝氣量和40%的碳源消耗。陳際達等通過調控pH（7.5-8.5）、溫度（>25℃）和游離氨濃度，使NO??積累率穩定在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脫氮路徑。該工藝由自養菌（如Candidatus_Brocadia）驅動，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。其優勢在于無需有機碳源、污泥產量低，適用于高氨氮、低碳氮比廢水。山東某化工園區采用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（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）在產電的同時驅動硝酸鹽還原，實現能源回收與污染治理的雙重目標。大連化物所開發的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同去除效率，使煤化工廢水總氮去除率超過85%。

三、工藝優化與未來方向

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），提升極端水質下的脫氮穩定性；另一方面，借助在線監測傳感器與AI算法，實現曝氣量、碳源投加的精準調控。蘇州淡林環境研發的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新，不僅解決了傳統工藝的高耗能、高成本問題，更為實現“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，為全球水環境治理貢獻核心力量。