水體中總氮（Total Nitrogen，TN）含量過高是導致富營養化的主要原因之一，對水生態系統和人類用水安全構成嚴重威脅。在眾多脫氮技術中，生物法因具有性價比高、操作靈活且不易產生二次污染等優點，被公認為最具應用前景的治理方向。

生物脫氮的核心在于利用微生物的代謝活動或植物的吸收同化作用，將水體中的含氮物質轉化為氮氣或轉化為生物體自身的組成部分，從而實現氮素從水體中的有效去除。概括而言，降低水體總氮的生物方法主要可分為微生物主導的脫氮途徑與植物吸收及生態協同途徑兩大類。

一、微生物主導的脫氮途徑

微生物脫氮是生物法降低總氮的最主要機制，其技術體系經歷了從傳統工藝到新型工藝的發展演進。

傳統生物脫氮遵循硝化-反硝化的完整路徑。硝化作用分為兩個階段：首先在好氧條件下，氨氧化細菌將銨態氮（NH??-N）氧化為亞硝態氮（NO??-N），繼而亞硝酸鹽氧化菌將其進一步氧化為硝態氮（NO??-N）；反硝化作用則由反硝化菌在厭氧條件下，以有機碳為電子供體，將硝態氮逐步還原為氣態氮（N?），從水體中逸出。這一經典工藝在活性污泥法、生物膜法以及人工濕地等系統中得到了廣泛應用。

在傳統工藝基礎上，一系列新型生物脫氮技術應運而生。同步硝化反硝化（SND）技術將硝化與反硝化過程整合于同一反應器中，利用活性污泥絮體或生物膜內溶解氧濃度的梯度分布，使好氧區與厭氧區共存于同一體系，從而實現氮素的高效去除。厭氧氨氧化（Anammox）技術則代表了更為前沿的突破：厭氧氨氧化菌在厭氧條件下以亞硝態氮為電子受體，直接將銨態氮氧化為氮氣，這一過程無需外加有機碳源，大幅降低了處理成本與能耗。研究表明，在特定工藝條件下，厭氧氨氧化耦合系統的總氮去除率可達95%以上。此外，自養反硝化技術以硫等無機物為電子供體，無需外加碳源即可實現硝態氮的深度還原，在低碳氮比廢水的處理中展現出獨特優勢。

在菌種應用層面，研究者從自然環境中篩選出兼具異養硝化與好氧反硝化功能的功能菌株，能夠在單一好氧條件下同步完成氮的氧化與還原。部分菌株在低溫條件下仍能保持較高的脫氮活性，有效解決了冬季水溫降低導致生物脫氮效能下降的工程難題。

二、植物吸收及生態協同途徑

水生植物的吸收同化是降低水體總氮的另一重要生物途徑。植物可直接吸收水體中的銨態氮和硝態氮，將其合成蛋白質與有機氮，通過定期收割植物地上部分，即可將氮素從水體中徹底移除。研究表明，不同水生植物對總氮的去除能力存在顯著差異：狐尾藻對總氮的最終去除率可達87.1%，水葫蘆為74.2%，大薸為72.0%。挺水植物如蘆葦、香蒲等亦被證實為高效凈化植物。

在人工濕地和河岸緩沖區等生態系統中，植物吸收與微生物脫氮構成協同作用。植物根系向周圍介質輸送氧氣，使根區形成好氧、缺氧與厭氧交替分布的微環境，為硝化菌與反硝化菌的共存與協同代謝提供了理想條件。植物根系分泌的有機物還可作為反硝化過程的碳源，進一步促進氮的去除。研究表明，河岸緩沖區中反硝化作用與植物吸收對氮移除的貢獻率分別為5.0%～82.0%和0.6%～59.4%。有植物床的人工濕地對總氮的去除率可較無植物床提高約20個百分點。