生物法脱氮主要包括两个步骤：硝化与反硝化。其中硝化是指在好氧条件下利用硝化菌把水中的氨氮氧化成为硝态氮，反硝化是指在缺氧条件下利用反硝化菌把水中的硝态氮还原成为氮气。通过硝化反硝化，废水能达到脱氮的目的，并在此基础上优化出许多更加节省成本或能量脱氮方法，如厌氧氨氧化法，短程硝化反硝化法。下面对不同方法的原理进行解析。
1 传统生物脱氮法原理
目前在工程实践中应用最广泛的传统生物脱氮过程主要包含氨化 好氧硝化 缺氧反硝化三部分组成，其过程图1所示。
图1 传统脱氮过程
进水中的有机氮经过氨化细菌的脱氨作用转化为氨氮。从氨氮到亚硝态氮的转化有包括两步，分别为：第一步氨氮通过氨单加氧酶(amo)催化氧化为羟胺(nh2oh)，第二步通过羟胺氧化还原酶(hao)催化将nh2oh进一步氧化为亚硝态氮。从亚硝态氮到硝态氮的转化一步到位，利用的酶为亚硝酸盐氧化还原酶。反硝化一共包括四步，分别由硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶，一氧化氮还原酶和一氧化二氮还原酶完成。脱氮过程中氮类的转化及参与硝化反硝化的相关酶[1]如图2所示。
图2 氮类的转化及参与硝化反硝化的相关酶
2厌氧氨氧化法原理
厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation，anammox)是在缺氧条件下以亚硝酸盐(no2-)为电子受体将氨(nh4 )转化成氮气(n2)，同时伴随着以亚硝酸盐为电子供体固定co2并产生硝酸盐(no3-)的生物过程。与传统的脱氮工体相比可以节省用于亚硝化的40%的氧气，不需要额外添加碳源，而且污泥产量也很小。与传统脱氮工艺的比较如图3所示。
图3 传统脱氮工艺与厌氧氨氧化工艺的比较
执行该过程的微生物称之为厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonium oxidation bacteria，aaob)，其化学计量学方程式[2]如下：
3短程硝化反硝化原理
短程硝化反硝化与传统的脱氮工艺对比，硝化反应只到亚硝酸盐这一步，反硝化从亚硝酸盐这一步开始，反应示意图如图4所示。其中短程硝化一般用于厌氧氨氧化工艺前置处理，一般需要达到亚硝酸盐的积累，提供稳定的亚硝酸盐浓度。
图4 短程硝化反硝化反应过程
与传统的脱氮工艺，短程硝化反硝化可节省曝气量并节省投加的碳源。具体如图5所示。
图5 传统脱氮工艺与短程硝化反硝化工艺的比较
引用文献
1. chen h , zhao x , cheng y , et al. iron robustly stimulates simultaneous nitrification and denitrification under aerobic conditions[j]. environmental science & technology, 2018:acs.est.7b04751.
2. wang l k , zeng g m , yang z h , et al. operation of partial nitrification to nitrite of landfill leachate and its performance with respect to different oxygen conditions[j]. biochemical engineering journal, 2014, 87:62-68.
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