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隨同著城市化和工業化的快速開展，城市污水中污染物組分組成的復雜水平也有相應的增加。關于工業污水而言，化工、有色、石化、農副食品、紡織等行業是NH/-N污染排放的排放量占工業排放總量的85%以上。污水中呈現低C高N問題大都表如今以下5個方面：食品行業；畜禽養殖業；化工行業；含蛋白質高濃度有機工業污水處理厭氧后段；城市污水進水，由于水量大、含蛋白質量大的高濃度污水經點源處置后也會形成NH/-N偏高，C/N比比例失調。

傳統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大量的氧，増加了動力耗費；對C/N比低的廢水，需外加有機碳源；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脫氮。

1、同步硝化反硝化（SND）

自20世紀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。在這些處置系統中,硝化和反硝化常常發作在相同的條件下或同一處置空間內, 這種現象被稱作同步硝化反硝化(SND）,亦有研討人員將這種現象中的反硝化過程稱之為好氧反硝化。

工藝微生物學家在純種培育的研討中發現，硝化細菌和反硝化細菌有十分復雜的生理多樣性，如：Roberton和Lloyd等證明許多反硝化細菌在好氧條件下能實行反硝化；Castingnetti證明許多異養菌能實行硝化。這些新發現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均衡控制是同步硝化反硝化技術的關鍵。

在該工藝中，硝化與反硝化反響在同一個構筑物中同時實行，與傳統的工藝相比具有明顯的優越性：（1）儉省反響器體積和構筑物占空中積，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和有機碳；（3）反硝化反響產生的堿度能夠補償硝化反響堿度的耗費，簡化pH調理，減少運轉費用。MBBR工藝是同步硝化反硝化的典型工藝。

MBBR工藝原理是經過向反響器中投加一定數量的懸浮載體，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，微生物生長的環境為氣、液、固三相。載體在水中的碰撞和剪切作用，使空氣氣泡愈加細小，增加了氧氣的應用率。另外，每個載體內外均具有不同的生物品種，內部生長一些厭氧菌或兼氧菌，外部為好養菌，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等發現了硝化過程中亞硝酸鹽積聚的現象，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，國內外研討標明，與傳統的硝化反硝化相比，短程硝化反硝化具有可減少25%左右的需氧量，降低能耗；儉省反硝化階段所需求的有機碳源，降低了運轉費用；縮短HRT，減少反響器體積和占空中積；降低了污泥產量；硝化產生的酸度可局部地由反硝化產生的堿度中和。

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，單一反響器經過亞硝酸鹽去除氨氮(SHARON)工藝。

SHARON工藝是由荷蘭Delft技術大學開發的一種新型脫氮工藝，其根本原理是在同一個反響器內，在有氧條件下，應用氨氧化菌將氨氮氧化成亞硝態氮，然后在缺氧條件下，以有機物為電子供體，將亞硝態氮反硝化成N2。將氨氧化控制在亞硝化階段是該工藝的關鍵。

SHARON工藝的勝利在于：

(1)應用了溫度這一重要要素，提升了亞硝酸細菌的競爭性；

(2)應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大于亞硝酸細菌的世代時間，小于硝酸細菌的世代時間，完成硝酸細菌的“淘洗”，使反響器內主要為亞硝酸細菌；

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

1998年在荷蘭已有此類污水處置廠投入運轉。

雖然SHARON工藝按有氧/缺氧的間歇運轉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處置或旁路處置。

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響中能應用硝酸鹽或亞硝酸鹽作電子受體將氨氮氧化成N2和氣態氮化物；1995年，Mulder等人在研討脫氮流化床反響器時發現，氨氮可在厭氧條件下消逝，氨氮的消逝與硝氮的耗費同時發作并成正相關。不久，VandeGraaf等人進一步證明該過程是一個微生物反響，并且實驗結果還標明，亞硝態氮是一個更為關鍵的電子受體。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，以亞硝態氮為電子受體，轉化為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用氨氮作電子供體，無需供氧、無需外加有機碳源維持反硝化、無需額外投加酸堿中和試劑，故降低了能耗，節約了運轉費用。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。據此，荷蘭Delft技術大學開發了SHARON-ANAMMOX結合工藝，該結合工藝應用SHARON反響器的出水作為ANAMMOX反響器的進水，具有耗氧量少、污泥產量低、不需外加有機碳源等優點，有很好的應用前景，成為生物脫氮范疇內的一個研討重點。

4、全程自養脫氨氮(CANON)

與其它工藝相比，全程自養脫氨氮系統的優點主要表如今：

(1)不用外加有機碳源。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入反響器；

(3)雖然該系統請求限氧，但不嚴厲請求厭氧，因而，在實踐操作中，氧氣的控制比擬容易。目前，全程自養脫氨氮系統的處置才能依然很低，對其機理也不非常明白，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生，這標明該系統可應用于工程理論。氧限制自養硝化反硝化(OLAND)工藝是全程自養脫氮的典型工藝。

Kuai等人提出了OLAND工藝，該工藝的關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氧化產生的NO2-N氧化未反響的NH3-N構成N2。該反響機理為由亞硝酸菌(Nitrosomonas)催化的NO2-的歧化反響。

研討標明，亞硝酸菌與硝酸細菌對氧的親和力不同，亞硝酸菌氧飽和常數通常為0.2~0.4mg/L，硝酸菌的為1.2-1.5mg/L，在低DO條件下，亞硝酸細菌與硝酸細菌的增長速率均降落，但是硝酸細菌的降落比亞硝酸細菌要快，招致亞硝酸細菌的增長速率超越硝酸細菌，使生物膜上的細菌以亞硝酸細菌為主體，呈現亞硝酸鹽氮積聚。OLAND工藝就是應用這2類菌動力學特性的差別，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聯。

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一步的研討。