傳統(tǒng)的生物脫氮理論包括了好氧的亞硝化反應(yīng)與硝化反應(yīng)，與厭氧的反硝化反應(yīng)二者相互獨(dú)立，經(jīng)常發(fā)生在同一反應(yīng)器的不同區(qū)域或不同反應(yīng)器中。但厭氧氨氧化、好氧反硝化、短程硝化反硝化、全程自養(yǎng)脫氮、異養(yǎng)硝化--好氧反硝化脫氮機(jī)制的發(fā)現(xiàn)打破了這一限制。下面林兒就對這幾種脫氮機(jī)制進(jìn)行逐一的講解。(厭氧氨氧化前面推文已詳盡講解，在此不再重復(fù)，有需要的朋友請查找歷史信息)

1.好氧反硝化

好氧反硝化是指好氧反硝化菌利用好氧反硝化酶的作用，在有氧條件下進(jìn)行的反硝化作用。20世紀(jì)80年代，Robertson等人報(bào)道了好氧反硝化細(xì)菌和好氧反硝化酶系的存在，并證實(shí)了泛養(yǎng)硫球菌 Thiosphaerapantotropha(現(xiàn)更名為脫氮副球菌Paracoccusdenitrifications)在生長過程中，O2 和 NO3--N 共同存在時(shí)，其生長速率比兩者單獨(dú)存在時(shí)都高。越來越多的研究證明細(xì)菌好氧反硝化的存在，并發(fā)現(xiàn)了一些在有氧條件下有較高反硝化率的細(xì)菌。

好氧反硝化作用通常分為兩種類型：

1.1 在微生物生物膜體系中，外部為好氧區(qū)域，適宜硝化細(xì)菌、異養(yǎng)細(xì)菌等好氧微生物的生長繁殖，而在生物膜內(nèi)部，由于周圍氧氣被消耗，內(nèi)部呈現(xiàn)出缺氧/厭氧微環(huán)境，滿足了厭氧反硝化菌的生長，從而在微區(qū)內(nèi)進(jìn)行厭氧反硝化作用，而在整體上出現(xiàn)了好氧硝化與好氧反硝化作用的同時(shí)進(jìn)行。

1.2 此外，除傳統(tǒng)的厭氧反硝化微生物外，也存在好氧/兼性厭氧的微生物，如陶厄氏菌屬(Thauera)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、不懂桿菌屬(Acinetobacter)、芽孢桿菌屬(Bacillus)等在好氧條件下均存在反硝化能力。但研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)好氧反硝化細(xì)菌所介導(dǎo)的反硝化作用需要更更多的碳源來支撐，在傳統(tǒng)的厭氧反硝化過程中，氧氣對電子的消耗抑制了反硝化過程中高價(jià)氮素的還原，而在好氧反硝化過程中，氧氣與高價(jià)氮素同時(shí)得到電子，充足的有機(jī)物提供的電子使得好氧反硝化菌的脫氮功能和生長均得到了實(shí)現(xiàn)。因此，當(dāng)存在足夠的易降解的有機(jī)碳源時(shí)，就能發(fā)生完全的好氧反硝化作用。

2.短程硝化反硝化

短程硝化反硝化工藝，是指在微生物的硝化過程中通過控制人工濕地系統(tǒng)中的環(huán)境條件，使銨態(tài)氮在轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮后不再繼續(xù)轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，直接由亞硝態(tài)氮還原為氮?dú)?，從而?shí)現(xiàn)人工濕地的脫氮。相對于傳統(tǒng)的硝化反硝化過程而言，短程硝化反硝化過程減少了亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮這一過程，使反應(yīng)速度提高了1.5-2 倍，氧氣的消耗減少了25%，同時(shí)直接以亞硝態(tài)氮為底物進(jìn)行反硝化能夠節(jié)省40%的有機(jī)碳源，還能減少50%的 N2O(溫室氣體)的產(chǎn)生量。

3.全程自養(yǎng)脫氮

全程自養(yǎng)脫氮(CANON)是在短程硝化反硝化和厭氧氨氧化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的人工濕地脫氮途徑，又被稱為“短程硝化--厭氧氨氧化耦合作用”，其主要驅(qū)動(dòng)力是靠濕地基質(zhì)內(nèi)部微生物(AOB、NOB、Anammox菌)之間的競爭。通過控制人工濕地系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境，在微區(qū)內(nèi)通過短程硝化作用將銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮，積累的亞硝態(tài)氮?jiǎng)t在厭氧區(qū)與剩余的銨態(tài)氮發(fā)生厭氧氨氧化作用生成氮?dú)馀懦鱿到y(tǒng)，從而達(dá)到除氮目的。全程自養(yǎng)脫氮工藝中參與反應(yīng)的微生物均為自養(yǎng)型微生物，所以幾乎不需要有機(jī)碳源的添加，且短程硝化作用需要在微氧環(huán)境中進(jìn)行，所以需氧量較低，有研究表明，全程自養(yǎng)脫氮過程相對于硝化反硝化過程，能夠節(jié)省2/3的能耗。但全程自養(yǎng)脫氮過程的實(shí)現(xiàn)對環(huán)境條件要求苛刻，如溫度一般要求在30℃以上，亞硝態(tài)氮的濃度要求嚴(yán)格控制在15mg/以下，pH要求在7.5-8.0之間，同時(shí)對DO的精確控制至關(guān)重要，DO的在線濃度要維持在0.1mg/L左右;另一方面由于是自養(yǎng)型微生物，厭氧氨氧化菌的增值緩慢，造成全程自養(yǎng)脫氮過程啟動(dòng)較難，在實(shí)際工程中的應(yīng)用比較少。