污水處理過程中，脫氮是一個世紀難題，從最初傳統的硝化反硝化，到后來的短程硝化、厭氧氨氧化、短程硝化—厭氧氨氧化、生物膜內自養脫氮等工藝。這些工藝在實施過程中的一個難點就是如何很好的控制細菌。看清華大學的鄭敏博士他們團隊的新研究——利用超聲波技術控制廢水脫氮過程，是如何實現高效、節能的短程硝化脫氮。
項目名稱：利用超聲波控制廢水脫氮過程的技術初探及應用前景展望
技術名稱：超聲波
與傳統廢水生物脫氮利用細菌將氨氮氧化為硝酸鹽再轉化為氮氣的方式不同，短程硝化—反硝化工藝可以僅將氨氮氧化為亞硝酸鹽（短程硝化）即還原為氮氣，因而短程硝化脫氮方法具有大幅節省曝氣所耗的能耗、節省反硝化所需碳源、減少污泥產量，縮短反應時間及減少相應反應器容積等優勢。
短程硝化是關鍵，但實施的難點是要控制廢水處理的細菌僅將氧化氨氮至亞硝酸鹽。超聲波是指頻率為20kHz以上的聲波，研究報道表明超聲波技術可以強化污水處理工藝性能，如增強污泥微生物活性、提高營養元素去除率及誘導污泥減量等，是否能利用超聲波技術有效控制脫氮進程，從而實現高效、節能的短程硝化脫氮？
1、污水處理傳統脫氮工藝簡介
2、短程硝化脫氮新工藝的發展歷程
3、超聲波技術在污水處理領域的應用研究現狀
4、超聲波控制短程脫氮技術及應用前景展望
1）物化處理脫氮技術：吹脫法、選擇性離子交換法、化學沉淀法、電化學法和反滲透法；折點氯化法（低濃度氨氮）。生物處理脫氮技術：氨化；硝化；反硝化。
2）傳統的生物脫氮工藝：傳統的生物脫氮工藝主要應用全程硝化-反硝化工藝，包含前置和后置反硝化池等形式。傳統生物脫氮工藝需要經歷氨化、完全硝化、反硝化過程，結構復雜，過程冗長，對能量、碳源、溶解氧均有較高的要求，雖然從工藝上應用廣泛，易于實現，但單位脫氮成本高。
短程硝化反硝化：即將氨氮氧化為亞硝酸鹽（短程硝化），再將亞硝酸鹽還原為氮氣。直到1998年荷蘭Hellinga才提出一個實用的SHARON技術。這一技術是針對厭氧硝化池的上清液，利用厭氧硝化工藝的中溫（35℃左右），控制污泥齡2-3天，讓NOB很難生長，而AOB還具有一定活性，使亞硝酸鹽大量積累。
亞硝化—厭氧氨氧化：亞硝酸鹽直接與厭氧氨氧化菌反應生成氮氣。其優點是無需有機碳源。目前獲得成功的應用只有：1）實驗室抑制或淘汰NOB同時保留AOB的方法在獲得成功后只有荷蘭的中溫短程硝化SHARON獲得了成功的工程應用。2）利用生物膜內AOB和NOB兩類細菌對氧的親和系數（Ks）不同也成功實現了短程硝化與ANAMMOX在生物膜里的同步反應（CANON），并使之成為目前工程中ANAMMOX應用的主要技術。
1、超聲波在水溶液中的效應：熱效應；空化效應；彌散效應。
2、在水處理中的應用：a、可以預處理厭氧消化污泥（把微生物進一步破碎，將微生物中的有機物釋放），提高甲烷產率；b、增強生物活性，促進生物傳感器過程（彌散效應，在頻率和強度低時，可增強微生物的活性；在研究層面針對厭氧氨氧化菌、除磷菌、硝化菌甚至厭氧菌都有提及）；c、溶胞—隱形生長（細胞內的有機物釋放，有機物回流到污水處理過程中，然后再通過微生物降解），探討剩余污泥源頭減量，最大的問題是能耗高。
3、超聲波對微生物的作用機理：直接物理作用；化學作用；壓力誘導作用。
1、研究發現在某些超聲條件下，AOB的活性比初始狀態要高很多；而NOB的活性隨著超聲波強度的增強下降的較為厲害。
2、基于這樣的機理，提出用超聲波控制短程硝化是否可行。從右圖可以看出：隨著超聲能量比例的增強，AOB活性逐漸上升后下降，NOB活性小幅上升之后迅速下降。因此在中間條件下，使體系內AOB維持在基準水平或更高水平，NOB活性受到抑制，逐漸下降。
3、針對高濃度氨氮廢水處，超聲波強化了AOB活性，可以實現快速積累亞硝鹽。在后期的中試時，提高短程硝化的效率，控制超聲的能耗水平，優化中試運行的條件是將要開展的工作。 展望：超聲波本身是往體系輸送能量的，如何在污水處理中能夠提高短程硝化的效率，那么整個污水處理的流程會縮短，典型的占地會減少，初期投資會下降；此外，用超聲波處理，同時有污泥減量化的效果；通過超聲波處理污泥可以使厭氧硝化污泥產甲烷的效率上升，在國外有論證是可行的。總的來說，從水處理方面相對是高效節能，對于污泥資源化亦有一定的貢獻。
對于超聲波我們可能并不陌生，但將其應用于污水處理中，還是新型的技術。超聲波在水處理及污泥減量化中應用的初步探索，技術干貨頗多，可以說是受益匪淺。從當前的脫氮工藝開始講，通過實驗室小試的對比進行了可行性論證和研究，也證明了超聲波在脫氮過程中確實具有一定的作用。在實際應用過程中還需要進一步的研究，進行中試。
