近年来，国内外涌现了多种全新的脱氮工艺，为高浓度氨氮废水的处理提供了新途径。这些主要包括短程硝化和反硝化、好氧反硝化和厌氧氨氧化(ANAMMOX)。

1、短程硝化与反硝化

1975年，Voets等人在研究高浓度氨氮废水处理时，发现硝化过程中NO2--N积累的现象，首次提出短程硝化反硝化的概念。

由于氨氮的氧化需要大量的氧气，曝气成本成为该脱氮方法的主要支出。短程硝化反硝化(反硝化前仅将氨氮氧化为亚硝酸氮)不仅可以节省氨氧化所需的氧气，还可以节省反硝化所需的碳源。 Ruiza等人利用合成废水(模拟含有高浓度氨氮的工业废水)来确定实现亚硝酸盐积累的条件。为了实现亚硝酸盐的积累，pH值并不是一个关键的控制参数，因为当pH值在6.45至8.95之间时，会发生完全硝化作用，形成硝酸盐；当pH值< 6.45 or pH >8.95，硝化作用受到抑制，氨氮积累。当DO=0.7 mg/L时，65%的氨氮能以亚硝酸盐的形式积累，氨氮转化率达98%以上。当做< 0.5 mg/L, ammonia nitrogen accumulation occurs; when DO >1.7 mg/L，发生总硝化作用，形成硝酸盐。刘俊新等人针对低碳氮比的高浓度氨氮废水，对亚硝酸盐型和硝酸盐型脱氮效果进行了对比分析。实验结果表明，亚硝酸盐型脱氮可以显着提高总氮去除效率，氨氮和硝态氮负荷可提高近一倍。此外，pH、氨氮浓度等因素对脱氮类型也有重要影响。

短程硝化反硝化处理焦化废水中试结果表明，当COD、氨氮、TN、苯酚进水浓度分别为1201.6、510.4、540.1、110.4 mg/L时，出水平均浓度分别为197.1、14.2、181.5、0.4 mg/L。相应的去除率分别为83.6%、97.2%、66.4%和99.6%。与常规生物脱氮工艺相比，该工艺具有较高的氨氮负荷，在较低C/N值的条件下可以提高TN去除率。

2.厌氧氨氧化(ANAMMOX)

厌氧氨氧化(ANAMMOX)是指在厌氧条件下，以亚硝酸盐为电子受体，将氨氮直接氧化成氮气的过程。

厌氧氨氧化的生化反应方程为：
NH₄⁺ + NO2⁻ → N2↑ + 2H2O

厌氧氨氧化菌是专性厌氧自养生物，非常适合处理含NO2⁻和低C/N比的氨氮废水。与传统工艺相比，基于厌氧氨氧化的脱氮工艺流程简单，不需要外部有机碳源，防止二次污染，具有很大的应用前景。厌氧氨氧化有两个主要应用：CANON 工艺以及与单反应器高活性除亚硝酸盐氨 (SHARON) 集成，形成 SHARON-ANAMMOX 联合工艺。

3.亚硝酸盐完全自养脱氮(CANON)

CANON工艺是利用完全自养微生物在限氧条件下同时去除氨氮和亚硝酸盐的方法。从反应形式来看，它是在同一反应器中进行的SHARON和ANAMMOX工艺的组合。廖猛等人在深圳下坪垃圾填埋场渗滤液处理厂发现，当溶解氧控制在1mg/L左右时，进水氨氮< 800 mg/L, and ammonia nitrogen load < 0.46 kg NH₄⁺/(m³•d), the CANON process can be achieved using an SBR reactor, with an ammonia nitrogen removal rate >95%，总氮去除率>90%。

Sliekers 等人的研究表明，厌氧氨氧化和 CANON 工艺都可以在气升反应器中良好运行，并实现非常高的氮气转化率。在气升反应器中将溶解氧控制在0.5 mg/L左右，ANAMMOX工艺的脱氮率达到8.9 kg N/(m3•d)，而CANON工艺的脱氮率达到1.5 kg N/(m3•d)。

4.同时硝化反硝化(SND)

根据传统的生物脱氮理论，脱氮途径一般包括硝化和反硝化两个阶段。这两个过程需要在两个独立的反应器中进行，或者在同一个反应器中进行，并在时间或空间上创造交替的缺氧和好氧环境。事实上，早在多年前，在一些没有明显缺氧、厌氧阶段的活性污泥工艺中，就多次观察到氮的非同化损失现象，在曝气系统中也经常观察到氮的消失。

在这些处理系统中，硝化和反硝化反应往往在相同的处理条件和相同的处理空间内发生；因此，这些现象称为同时硝化/反硝化(SND)。目前同步硝化反硝化的代表性工艺是MBBR。

5、好氧反硝化

传统反硝化理论认为，反硝化细菌是兼性的，其呼吸链在有氧条件下以氧为末端电子受体，在缺氧条件下以硝酸盐为末端电子受体。因此，反硝化反应要发生，就必须在缺氧环境下进行。近年来，好氧反硝化现象不断被发现和报道，逐渐受到关注。已经分离出一些好氧反硝化细菌，其中一些可以同时进行好氧反硝化和异养硝化(如Robertson等人分离筛选的T. pantotropica LMD82.5)。这样可以在同一反应器内实现真正意义上的同步硝化和反硝化，简化工艺流程并节省能源。

SBR反应器处理氨氮废水的实验结果证实了好氧反硝化的存在。好氧反硝化能力随着混合液溶解氧浓度的增加而降低。当溶解氧浓度为0.5 mg/L时，总氮去除率可达66.0%。

连续动态实验研究表明，对于高浓度氨氮渗滤液，普通活性污泥好氧反硝化工艺的总氮去除率可达10%以上。硝化反应速率随溶解氧浓度降低而降低，反硝化反应速率随溶解氧浓度降低而升高。硝化反硝化动力学分析表明，当溶解氧在0.14mg/L左右时，硝化反硝化同时进行，硝化速率与反硝化速率相等。速率为4.7 mg/(L·h)，硝化反应常数KN = 0.37 mg/L，反硝化反应常数KD = 0.48 mg/L。

反硝化过程中产生N2O这种温室气体，造成新的污染。其相关机理的研究还不够深入，许多工艺还处于实验室阶段，需要进一步研究才能有效应用于实际工程。此外，完全自养脱氮工艺、同步硝化反硝化工艺等仍处于实验研究阶段，都具有很大的应用前景。

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常见问题 (FAQ)

Q1：为什么溶解氧 (DO) 控制在短程硝化中如此重要？
答：精确的 DO 控制可以保证氨氧化细菌 (AOB) 的存活，同时抑制亚硝酸盐氧化细菌 (NOB)。将 DO 保持在约 0.7 mg/L 可确保氨仅氧化为亚硝酸盐，这是短程工艺的基石。

问题 2：厌氧氨氧化工艺对系统集成商的主要优势是什么？
答：对于大型项目，厌氧氨氧化消除了对外部碳源的需求，并将氧气需求量减少了 60%，从而显着降低了工厂的运营支出 (OPEX) 和占地面积。

Q3：YexSensor如何保证高浓度氨环境下的数据稳定性？
答：我们的 YEX-NHN-206 采用先进的离子选择电极，具有集成干扰补偿算法，专门设计用于抵抗工业废水中常见的“中毒”效应。

Q4：CANON工艺可以在单个反应器中实施吗？
答：是的。 CANON 通过控制氧气水平将部分亚硝化和厌氧氨氧化结合在一个反应​​器中，使自养需氧和厌氧细菌在生物膜或絮凝物的不同层中共存。

Q5：RS485 Modbus RTU通讯对污水处理项目有什么好处？
答：它有助于无缝集成到 PLC 和 SCADA 系统中，允许长距离数据传输(长达 1200m)以及在单根电缆上以菊花链方式连接多个传感器，从而降低安装复杂性。

Q6：温度会影响氨氮监测的准确性吗？
答：是的，温度会显着影响离子活性。因此，YEX-NHN-206 包含一个高精度内部温度传感器，用于实时自动补偿，以确保不同季节温度下的数据完整性。

Q7：为什么 pH 监测对于实现亚硝酸盐积累至关重要？
答：虽然 DO 是主要驱动因素，但 pH 值在 6.45-8.95 范围之外会完全抑制硝化作用。对于快捷工艺，保持最佳 pH 值可确保 AOB 保持活性，同时有助于抑制 NOB 生长。

Q8：同步硝化反硝化(SND)适用于高负荷工业废水吗？
答：SND 与 MBBR 等生物膜载体一起使用时非常有效，它可以创建必要的好氧/缺氧微区。它对于空间有限且需要将 DO 精确控制在 0.1-0.5 mg/L 左右的项目特别有用。

摘要：推动脱氮的未来

从传统的脱氮到先进的自养和短程工艺的转变代表了环境工程效率的重大飞跃。通过集成高性能传感技术，如YexSensor YEX-206 系列借助 ANAMMOX 和 CANON 等创新流程，系统集成商可以提供不仅合规而且高度可持续的解决方案。

随着全球总氮 (TN) 标准的不断收紧，实时监测和控制这些敏感生物过程的能力将成为现代工业废水处理项目成功的决定性因素。

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