污水处理过程中，脱氮是一个世纪难题，从最初传统的硝化反硝化，到后来的短程硝化、厌氧氨氧化、短程硝化—厌氧氨氧化、生物膜内自养脱氮等工艺。这些工艺在实施过程中的一个难点就是如何很好的控制细菌。看清华大学的郑敏博士他们团队的新研究——利用超声波技术控制废水脱氮过程，是如何实现高效、节能的短程硝化脱氮。
项目名称：利用超声波控制废水脱氮过程的技术初探及应用前景展望
技术名称：超声波
与传统废水生物脱氮利用细菌将氨氮氧化为硝酸盐再转化为氮气的方式不同，短程硝化—反硝化工艺可以仅将氨氮氧化为亚硝酸盐（短程硝化）即还原为氮气，因而短程硝化脱氮方法具有大幅节省曝气所耗的能耗、节省反硝化所需碳源、减少污泥产量，缩短反应时间及减少相应反应器容积等优势。
短程硝化是关键，但实施的难点是要控制废水处理的细菌仅将氧化氨氮至亚硝酸盐。超声波是指频率为20kHz以上的声波，研究报道表明超声波技术可以强化污水处理工艺性能，如增强污泥微生物活性、提高营养元素去除率及诱导污泥减量等，是否能利用超声波技术有效控制脱氮进程，从而实现高效、节能的短程硝化脱氮？
1、污水处理传统脱氮工艺简介
2、短程硝化脱氮新工艺的发展历程
3、超声波技术在污水处理领域的应用研究现状
4、超声波控制短程脱氮技术及应用前景展望
1）物化处理脱氮技术：吹脱法、选择性离子交换法、化学沉淀法、电化学法和反渗透法；折点氯化法（低浓度氨氮）。生物处理脱氮技术：氨化；硝化；反硝化。
2）传统的生物脱氮工艺：传统的生物脱氮工艺主要应用全程硝化-反硝化工艺，包含前置和后置反硝化池等形式。传统生物脱氮工艺需要经历氨化、完全硝化、反硝化过程，结构复杂，过程冗长，对能量、碳源、溶解氧均有较高的要求，虽然从工艺上应用广泛，易于实现，但单位脱氮成本高。
短程硝化反硝化：即将氨氮氧化为亚硝酸盐（短程硝化），再将亚硝酸盐还原为氮气。直到1998年荷兰Hellinga才提出一个实用的SHARON技术。这一技术是针对厌氧硝化池的上清液，利用厌氧硝化工艺的中温（35℃左右），控制污泥龄2-3天，让NOB很难生长，而AOB还具有一定活性，使亚硝酸盐大量积累。
亚硝化—厌氧氨氧化：亚硝酸盐直接与厌氧氨氧化菌反应生成氮气。其优点是无需有机碳源。目前获得成功的应用只有：1）实验室抑制或淘汰NOB同时保留AOB的方法在获得成功后只有荷兰的中温短程硝化SHARON获得了成功的工程应用。2）利用生物膜内AOB和NOB两类细菌对氧的亲和系数（Ks）不同也成功实现了短程硝化与ANAMMOX在生物膜里的同步反应（CANON），并使之成为目前工程中ANAMMOX应用的主要技术。
1、超声波在水溶液中的效应：热效应；空化效应；弥散效应。
2、在水处理中的应用：a、可以预处理厌氧消化污泥（把微生物进一步破碎，将微生物中的有机物释放），提高甲烷产率；b、增强生物活性，促进生物传感器过程（弥散效应，在频率和强度低时，可增强微生物的活性；在研究层面针对厌氧氨氧化菌、除磷菌、硝化菌甚至厌氧菌都有提及）；c、溶胞—隐形生长（细胞内的有机物释放，有机物回流到污水处理过程中，然后再通过微生物降解），探讨剩余污泥源头减量，最大的问题是能耗高。
3、超声波对微生物的作用机理：直接物理作用；化学作用；压力诱导作用。
1、研究发现在某些超声条件下，AOB的活性比初始状态要高很多；而NOB的活性随着超声波强度的增强下降的较为厉害。
2、基于这样的机理，提出用超声波控制短程硝化是否可行。从右图可以看出：随着超声能量比例的增强，AOB活性逐渐上升后下降，NOB活性小幅上升之后迅速下降。因此在中间条件下，使体系内AOB维持在基准水平或更高水平，NOB活性受到抑制，逐渐下降。
3、针对高浓度氨氮废水处，超声波强化了AOB活性，可以实现快速积累亚硝盐。在后期的中试时，提高短程硝化的效率，控制超声的能耗水平，优化中试运行的条件是将要开展的工作。 展望：超声波本身是往体系输送能量的，如何在污水处理中能够提高短程硝化的效率，那么整个污水处理的流程会缩短，典型的占地会减少，初期投资会下降；此外，用超声波处理，同时有污泥减量化的效果；通过超声波处理污泥可以使厌氧硝化污泥产甲烷的效率上升，在国外有论证是可行的。总的来说，从水处理方面相对是高效节能，对于污泥资源化亦有一定的贡献。
对于超声波我们可能并不陌生，但将其应用于污水处理中，还是新型的技术。超声波在水处理及污泥减量化中应用的初步探索，技术干货颇多，可以说是受益匪浅。从当前的脱氮工艺开始讲，通过实验室小试的对比进行了可行性论证和研究，也证明了超声波在脱氮过程中确实具有一定的作用。在实际应用过程中还需要进一步的研究，进行中试。
