傳統(tǒng)的生物脫氮方法在廢水脫氮中起著一定的作用，但仍存在許多問題。氨氮總硝化需要大量氧氣，增加了電耗;C/N比低的廢水需要有機物碳源;工藝流程長，面積大，基建投資高
近年來，在生物脫氮領(lǐng)域出現(xiàn)了許多新工藝，包括同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厭氧氨氧化和自養(yǎng)脫氮。
1、同步硝化反硝化(SND)
自20世紀80年代以來，研究人員已經(jīng)觀察到，在沒有明顯缺氧或厭氧相的活性污泥法過程中，大量氮的非同化損失，即在反硝化過程中存在氧氣，而在硝化過程中存在低氧氣。 在這些系統(tǒng)中，硝化和反硝化往往發(fā)生在相同的條件下或在相同的處理空間。 這種現(xiàn)象被稱為同步硝化反硝化(snd) ，一些研究者也將這種反硝化過程稱為好氧反硝化。
工藝微生物學家在純種培養(yǎng)的研究中發(fā)現(xiàn)，硝化細菌和反硝化細菌有非常復雜的生理多樣性，如：Roberton和Lloyd等證明許多反硝化細菌在好氧條件下能進行反硝化;Castingnetti證明許多異養(yǎng)菌能進行硝化。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生物脫氮的理論基礎(chǔ)。硝化與反硝化的反應動力學平衡控制是同步硝化反硝化技術(shù)的關(guān)鍵。
與傳統(tǒng)工藝相比，該工藝具有明顯的優(yōu)點: (1)節(jié)省了反應器容積和結(jié)構(gòu)面積，減少了投資; (2)在一定程度上避免了 no2氧化為 no3和 no2還原為 no2的過程，縮短了反應時間，節(jié)約了反應時間和有機碳。 (3)反硝化的堿性可以彌補硝化的堿性消耗，簡化 ph 調(diào)節(jié)，降低運行成本。 Mbbr 是一種典型的同步硝化反硝化過程。
采用MBBR工藝的原理是通過添加一定數(shù)量的懸浮載體來提高反應器的處理效率，以提高反應器中的生物量和生物種類。由于填料密度接近水，曝氣時與水完全混合，微生物生長的環(huán)境為氣，液，固三相..載流子在水中的碰撞和剪切，使空氣氣泡更小，增加氧氣的利用率..此外，每個載體內(nèi)外都有不同的生物種類，內(nèi)部生長了一些厭氧菌或兼性細菌，外部很好地培養(yǎng)細菌，使每個載體都是一個微反應器，使硝化反應和反硝化反應同時存在，從而提高了處理效果。
2. 短程硝化反硝化(sharon)
1975年，voets等人發(fā)現(xiàn)硝化過程中亞硝酸鹽積累現(xiàn)象，首次提出短程硝化反硝化生物反硝化的概念。1986年，sutherson等人。證實了它的可行性。國內(nèi)外研究表明，與傳統(tǒng)硝化反硝化相比，短程硝化反硝化可減少約25%的需氧量和能耗;節(jié)省反硝化階段所需的有機碳源，降低運行成本;縮短HRT，減少反應器容積和占地面積;減少污泥產(chǎn)量;降低硝化產(chǎn)生的酸度可部分中和反硝化產(chǎn)生的堿度。
因此，對于許多低C/N比廢水，目前典型的工藝有硝化細菌和固定化微生物單級生物脫氮工藝，單反應器通過亞硝酸鹽去除氨氮(Sharon)工藝。
夏倫工藝是荷蘭代爾夫特理工大學開發(fā)的一種新型脫氮工藝..其基本原理是利用氨氧化細菌在好氧條件下在同一反應器中將氨氮氧化為亞硝酸鹽氮，然后在缺氧條件下將亞硝酸鹽氮脫氧到N2，利用有機物作為電子供體..控制亞硝酸鹽階段的氨氧化是過程的關(guān)鍵。
SHARON工藝是成功的：
(1) 溫度是提高硝化細菌競爭能力的重要因素;
(2)利用污泥停留時間(srt)和水力滯留時間(hrt)的同一性，在無污泥回流的條件下，可控制污泥停留時間長于亞硝酸菌的生成時間，短于硝酸菌的生成時間，實現(xiàn)硝酸菌的“洗滌” ，使反應器主要用于亞硝酸菌;
(3)控制較高的pH值不僅能抑制硝酸細菌，而且消除游離亞硝酸鹽(FNA)對亞硝酸鹽細菌的抑制。
1998年，荷蘭已投入運行這樣的污水處理廠。
莎倫法雖然采用好氧/缺氧間歇運行方式，取得了良好的效果，但不能保證出水中氨氮濃度較低。該工藝更適合于高濃度氨氮廢水的預處理或旁路處理。
3.厭氧氨氧化工藝
1994年，Kuenen等人。發(fā)現(xiàn)一些細菌在硝化反硝化反應中可以以硝酸鹽或亞硝酸鹽作為電子受體將氨氮氧化為N2和氣態(tài)氮化物。1995年，Mulder等人。發(fā)現(xiàn)氨氮在厭氧條件下會消失，氨氮的消失與硝酸鹽的消耗呈正相關(guān)。很快，范德格拉夫等人。進一步證實了該過程是微生物的反應，實驗結(jié)果也表明亞硝基氮是一種更關(guān)鍵的電子受體。因此，anammox的完整定義可以定義為在厭氧條件下，以氨氮為電子供體，亞硝基氮為電子受體，將其轉(zhuǎn)化為NZ的微生物反應過程。
ANAMMOX過程主要使用流化床反應器，因為它是直接使用氨作為電子供體，沒有氧氣，沒有外部的有機碳源，以保持反硝化的厭氧條件下，無需增加額外的酸中和劑，這是降低了能量消耗和操作成本。也避免了由于添加中和劑可以造成二次污染。
由于NH3-n和NO2-n同時存在于反應器中，因此厭氧氨氧化工藝與預硝化工藝相結(jié)合是非常必要的。此外，硝化過程只需將部分NH3-n氧化為NO2-n..據(jù)此，荷蘭德爾福特理工大學研發(fā)了SHARON-ANAMMOX聯(lián)合工藝，將SHARON反應器出水作為ANAMMOX反應器的進水，具有耗氧量低、污泥產(chǎn)生量低、不需要額外的有機碳源等優(yōu)點，具有良好的應用前景，已成為生物脫氮領(lǐng)域的研究熱點。
4. 自養(yǎng)脫氨(佳能)
與其他工藝相比，整個自養(yǎng)氮系統(tǒng)的優(yōu)點如下：
(1)無需添加有機碳源。 因此，處理低 c / n 比的廢水可節(jié)約大量能源
(2) 不需要提供亞硝態(tài)氮。高氨氮廢水可直接進入反應器;
(3)系統(tǒng)雖然要求限氧，但對厭氧的要求并不嚴格，因此在實際操作中氧的控制比較容易。 目前，自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)的處理能力仍然很低，機理尚不清楚，但接種體容易大量生長，接種的硝化污泥容易在活性污泥法中產(chǎn)生，說明該系統(tǒng)可以應用于工程實踐。 限氧自養(yǎng)硝化反硝化(oland)工藝是一種典型的自養(yǎng)脫氮工藝。
Kuai等人提出了Oland工藝，該工藝的關(guān)鍵是控制活性污泥反應器中的溶解氧，使硝化過程只進行到氨氮氧化至亞硝酸鹽階段。由于缺乏電子受體，NH3-N氧化產(chǎn)生的NO2-n氧化未反應NH3-N形成N2。反應機理是亞硝酸鹽菌(Nitrosomonas)催化的NO2的異化反應..
有研究表明，亞硝酸鹽的細菌和硝酸菌對氧的親和力不同，氧飽和度恒定亞硝酸鹽的細菌通常是0.2?0.4mg的/ L，硝酸1.2-1.5mg / L的細菌，在低DO條件下，亞硝酸鹽的細菌硝酸細菌的生長率降低，但比細菌亞硝酸鹽硝酸鹽的細菌減少得更快，亞硝酸菌導致細菌在硝酸鹽的生長速度，對生物膜細菌體亞硝酸菌，亞硝酸鹽氮出現(xiàn)堆積。 OLAND工藝不同的是，以消除亞硝酸鹽的大量積累，使用這些2種類型的動力學菌，硝酸菌的。但到目前為止，還不清楚這些微生物種群和反硝化菌是否正常有關(guān)。
OLAND工藝是在低DO濃度下維持亞硝酸鹽的積累，但活性污泥易分解和絲狀膨脹。因此，低do對活性污泥沉降和污泥膨脹的影響有待進一步研究。