硝酸鹽氮是水體中氮素循環(huán)的重要形態(tài)，也是衡量水質(zhì)有機(jī)污染程度的關(guān)鍵指標(biāo)之一。過(guò)量的硝酸鹽氮進(jìn)入水體后，不僅直接威脅飲用水安全——硝酸鹽在人體內(nèi)可被還原為亞硝酸鹽，進(jìn)而導(dǎo)致高鐵血紅蛋白血癥（俗稱(chēng)“藍(lán)嬰綜合征”）；同時(shí)作為植物營(yíng)養(yǎng)鹽，其濃度升高將加速水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程，引發(fā)藻類(lèi)過(guò)度繁殖與水華爆發(fā)。傳統(tǒng)的物理化學(xué)脫氮方法（如加堿吹脫、折點(diǎn)加氯等）雖有一定效果，但存在能耗高、二次污染或運(yùn)行成本昂貴等弊端。

相比之下，生物脫氮技術(shù)利用微生物的代謝活動(dòng)將硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為無(wú)害的氮?dú)饣蛭⑸镒陨斫M分，具有經(jīng)濟(jì)高效、環(huán)境友好、可持續(xù)性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢(shì)。以下從反硝化、厭氧氨氧化及生物同化等主要途徑，系統(tǒng)闡述降低水體硝酸鹽氮含量的生物方法。

異養(yǎng)反硝化：傳統(tǒng)主流脫氮途徑

異養(yǎng)反硝化是目前應(yīng)用最為廣泛的生物脫氮技術(shù)。其核心原理是：在缺氧條件下，異養(yǎng)反硝化菌以硝酸鹽（NO??）或亞硝酸鹽（NO??）作為最終電子受體，以有機(jī)碳源作為電子供體和能量來(lái)源，將硝酸鹽氮逐步還原為氣態(tài)氮（N?）釋放至大氣。這一過(guò)程可概括為：NO?? → NO?? → NO → N?O → N?。

異養(yǎng)反硝化的實(shí)施需要滿足兩個(gè)核心條件：一是缺氧環(huán)境（溶解氧濃度通常低于0.5 mg/L），以保證反硝化菌優(yōu)先以硝酸鹽為電子受體；二是有充足的有機(jī)碳源供給。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)廢水本身碳氮比（C/N）不足時(shí)，需額外投加甲醇、乙酸鈉、葡萄糖等外碳源。近年來(lái)，緩釋碳源技術(shù)（如以瓊脂、可生物降解聚合物PCL為載體）的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了碳源的緩慢釋放與持續(xù)供給，有效解決了碳源投加過(guò)量或不足的問(wèn)題。

工程實(shí)踐中，異養(yǎng)反硝化已形成多種成熟工藝，包括前置反硝化（A/O工藝）、A2/O工藝以及曝氣生物濾池等。研究表明，在優(yōu)化的碳氮比、溫度和pH條件下，高效反硝化菌株對(duì)硝酸鹽氮的去除率可達(dá)95%以上。

自養(yǎng)反硝化：低碳氮比水體的有效方案

對(duì)于碳氮比較低的水體（如地下水、部分工業(yè)廢水），傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化因碳源不足而受限。自養(yǎng)反硝化技術(shù)為此提供了有效解決方案。自養(yǎng)反硝化菌利用無(wú)機(jī)物（如硫化物、氫氣、單質(zhì)鐵等）作為電子供體，以無(wú)機(jī)碳（如CO?、HCO??）作為碳源，在缺氧條件下將硝酸鹽還原為氮?dú)狻?/p>

自養(yǎng)反硝化的主要技術(shù)路徑包括硫自養(yǎng)反硝化和氫自養(yǎng)反硝化。硫自養(yǎng)反硝化以硫磺或硫化物為電子供體，具有無(wú)需外加有機(jī)物、污泥產(chǎn)量低等優(yōu)點(diǎn)，適用于地下水及地表水的硝酸鹽污染修復(fù)。電極生物膜法則是氫自養(yǎng)反硝化的典型代表，通過(guò)在電極表面富集氫營(yíng)養(yǎng)型反硝化菌，利用電解水產(chǎn)生的氫氣作為電子供體進(jìn)行脫氮，具有處理費(fèi)用低、效果穩(wěn)定、無(wú)需外加碳源等突出特點(diǎn)。此外，鐵基自養(yǎng)反硝化（硝酸鹽依賴(lài)型亞鐵氧化）作為一種新興技術(shù)，在低碳氮比廢水的深度脫氮中展現(xiàn)出良好潛力。

厭氧氨氧化：節(jié)能高效的新型脫氮工藝

厭氧氨氧化（Anammox）是近年來(lái)生物脫氮領(lǐng)域最具突破性的技術(shù)之一。其原理是在厭氧條件下，厭氧氨氧化菌以亞硝酸鹽（NO??）為電子受體，將氨氮（NH??）直接氧化為氮?dú)?。雖然該工藝主要針對(duì)氨氮的去除，但在與短程反硝化耦合后，可實(shí)現(xiàn)對(duì)硝酸鹽氮的高效去除。

短程反硝化耦合厭氧氨氧化（PD-A）工藝的技術(shù)路徑為：首先通過(guò)短程反硝化將部分硝酸鹽（NO??）還原為亞硝酸鹽（NO??），隨后厭氧氨氧化菌利用該亞硝酸鹽與廢水中的氨氮反應(yīng)生成氮?dú)?。與傳統(tǒng)的全程反硝化相比，PD-A工藝具有外加碳源和曝氣成本較低、亞硝酸鹽生成穩(wěn)定高效、總氮去除率高、溫室氣體N?O排放少等顯著優(yōu)勢(shì)。該工藝尤其適用于碳氮比低、氨氮與硝酸鹽共存的水質(zhì)條件。