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目前水污染问题已得到了社会各界人士的普遍关注。水体污染的主要源头有城市生活废水、工业废水、农业污染源。污水中氮、磷含量过高会使水体富营养化，造成水质恶化，以至影响人类安康，所以研讨开发经济、高效的脱氮除磷新工艺是处理水体污染问题的关键。脱氮除磷办法主要有物理、化学、生物办法，但是物化法投入大，容易形成二次污染，而生物法投入小，本钱低，无二次污染。故生物法将是今后生活和工业污水处理的主流办法。
1、生物脱氮除磷原理
通常来说，生物脱氮过程分为三步：第一步是有机氮在氨化菌的作用下，降解、转化为氨氮。第二步是氨氮在硝化细菌的作用下，进一步降解、氧化为硝态氮。第三步是在缺氧状态下，反硝化菌将硝化过程中产生的硝态氮复原成气态氮，排放到大气中。有研讨标明:在硝化和反硝化的过程中，有些细菌能应用亚硝酸根或硝酸根作为电子受体直接将氨态氮氧化为气态氮。这一发现将为新型脱氮工艺的研发奠定理论根底。
生物除磷是指聚磷菌在厌氧条件下吸收磷，在好氧条件下过量释放磷的一种生理变化现象，这一现象被称为luxuryuptake现象。有研讨发现：有一种兼性反硝化细菌能将硝酸根做为电子受体，将硝酸根转化为气态氮，并产生生物除磷作用。总而言之，生物脱氮除磷就是应用微生物的代谢活动将有机氮及有机磷降解、转化。
2、传统生物脱氮除磷典型工艺
传统生物脱氮除磷工艺大致上能够分为2大类，一是按时间次第散布的，如SBR工艺;二是按空间次第散布的，如A2/0工艺。而氧化沟工艺既是按时间次第散布的工艺，也是按空间次第散布的工艺。这些工艺已被普遍研讨并应用，同时获得了较好效果。
2.1 SBR工艺
SBR是序批式活性污泥法的简称。其流程图如图1，是一种以间歇曝气的方式来运转的水处置技术。该工艺SBR反响器反响过程分为进水、反响、沉淀、排放、闲置5个阶段，循环往复，从而到达脱氮除磷效果。
郭海燕等研讨标明,进水C/N在2.2～3.5及曝气强度为48～50L/h条件下脱氮除磷效果好。TP、TN的去除率分别到达89.4%及84.5%。有研讨标明，在碳源适合的状况下，采用SBR工艺TP、TN去除率分别到达96%及78.3%。但是该反响器容积应用率低，曝气量大，增大了本钱，且不能连续运转。
2.2 A2/O工艺
A2/O工艺即厌氧/缺氧/好氧工艺是一种典型的污水处置工艺其工艺(流程图如图2)。废水首先进入厌氧段实施氨化反响及释磷，接着进入缺氧段实施反硝化，最后在好氧段实施硝化反响及吸磷，局部硝化液回流至缺氧段，局部污泥回流至厌氧段。
多年研讨结果及实践工程应用标明，A2/O工艺具有工艺流程简单，活性污泥不易收缩，基建及运转费用低等特性。但A2/O工艺也存在一定缺陷，如设置的污泥及硝化液回流增加了投资和运转能耗，反硝化菌与聚磷菌竞争碳源问题等。
2.3 氧化沟工艺
氧化沟工艺自问世以来在全世界范围内得到了普遍应用，目前已成为我国污水处置的主导工艺之一。氧化沟具有共同的结构方式(如图3)，无终端循环水路，使得曝气机产生的溶解氧沿着水流方向产生浓度梯度，并循环往复地发作变化，从而使得氧化沟在去除有机物的同时对混合液中的氮、磷也具有良好的去除效果。
氧化沟工艺抗冲击才能强，污泥稳定，基建投资及运转费用较低。但是研讨及应用标明，氧化沟工艺在运转中没有思索回流比，即便思索到回流比但依然采取经历值或者不控制的方式。
3、传统生物脱氮除磷工艺中存在的问题
传统的脱氮除磷工艺总的说来存在微生物混合培育问题、碳源问题、泥龄问题、回流污泥中硝酸盐问题等。单级SBR反响器在空间上是完整混合的，使得硝化菌，反硝化菌等混合在一同抑止了反响的实施且存在碳源缺乏的问题。A2/O工艺即厌氧/缺氧/好氧工艺具有内回流系统会将硝酸根带回缺氧池不利于聚磷菌聚磷，使得除磷效果不明显。其脱氮效果很难再经过改良的方式进步。氧化沟工艺是活性污泥法的一种变形，容易呈现污泥收缩形成污泥排量大，在同一沟中溶解氧浓度难以控制，故对脱氮才能有限而且除磷率较低。因而，为了取得更好的脱氮除磷效果需进一步对旧工艺实施改造或研发新工艺。
3.1 微生物的生长条件受限
污水的脱氮除磷是多种微生物共同作用的结果。传统的生物脱氮除磷工艺通常是单一的悬浮污泥生长系统，不能同时满足一切微生物(硝化菌、反硝化菌、聚磷菌等)的最佳生长条件，故系统的脱氮除磷难以抵达理想效果。
3.2 碳源问题
系统中碳源的耗费主要在反硝化、聚磷菌的厌氧释磷及异养菌的代谢等方面。由于污水中易降解的有机物产生碳元素有限，而反硝化反响与厌氧释磷的反响速率都与碳源有着很大关系，要使脱氮除磷都到达良好效果还需实施深化研讨。
3.3 泥龄问题
较长的泥龄是取得良好硝化效果的重要保证。而聚磷菌繁衍快，世代周期短，且生物除磷是经过排放剩余污泥完成的。假如泥龄过长，那么在硝化过程中活性污泥的活性就会降，而且会影响聚磷菌对磷的吸收。从而造成活性污泥中糖类物质的累积及非聚磷菌的的增长，使除磷效果大幅度降低。所以为了统筹脱氮除磷对泥龄的请求，通常将系统控制在一个泥龄较窄的范围内运转，但实践运转中系统的脱氮除磷效果还是经常呈现不稳定的状况。
3.4 回流污泥中的硝酸盐问题
在脱氮除磷系统中，硝化菌、反硝化菌、聚磷菌参与整个系统的循环运转并起着重要作用。常规工艺中，缺氧区设在好氧区前，故好氧区污泥回流不可防止地将局部硝酸盐带入缺氧区。而在缺氧区中反硝化菌会与聚磷菌竞争底物，从而无法满足聚磷菌的正常生长代谢，造成除磷效果降低。
4、生物脱氮除磷新工艺
基于传统生物脱氮工艺存在的问题及产生问题的缘由，本着寻觅高效、经济、适用工艺的准绳，近年来新的生物脱氮除磷工艺不时被研发出来，如改良型DEPHANOX工艺、BCFS工艺、SHARON-ANAMMOX结合工艺等。改良型DEPHANOX工艺具有独立的硝化系统，将硝化，反硝化反响分开处理了碳源缺乏问题及微生物混合培育问题。BCFS工艺是一种改良的氧化沟组合工艺，污泥产生量大幅度减少，且进步了除磷率。SHARON-ANAMMOX结合工艺由于将氨氮氧化控制在亚硝化阶段直接实施反硝化反响大大缩短了反响时间，其不存在碳源供给缺乏的问题且脱氮除磷效果较好，是一种非常经济适用的污水处置工艺。
4.1 改良型DEPHANOX工艺
该工艺的原理是反硝化除磷，在理论上进一步强化了氮、磷矛盾的处理，其工艺流程如图4。污水进入系统后，先与回流污泥混合且吸附大量有机质，上清液进入独立的硝化系统，下层有机污泥进入厌氧区，然后在缺氧区重新混合，接着实施氮吹脱流入二沉池，最后达标排放。
该工艺的特性在于有独立的硝化系统，使硝化反响充沛地实施;为反硝化提供充足氮源，使得整个系统平稳、有效运转。该工艺中COD去除率为84.4%,氨氮的去除率在80%左右，总氮和总磷的去除率分别为67.1%和79.4%，根本到达预期效果。
4.2 BCFS工艺
荷兰Delft大学的Mark教授以氧化沟和UCT工艺为根底研发的BCFS工艺是目前已投入运用的单污泥系统。该工艺主要由厌氧池、选择池、缺氧池等5个主池及3个循环系统构成，其工艺流程见图5。
该工艺完成了反硝化脱氮与生物除磷的有机分离，其特性是：对氮、磷的去除率高，污泥量比常规污水处置少10%，运转简单，脱氮除磷效果好，因而该工艺是是一种很有前景的污水处置工艺。
4.3 SHARON-ANAMMOX结合工艺
SHARON工艺的根本原理是短程硝化反硝化。该原理与传统硝化反硝化的区别在于将氨氮氧化控制在亚硝化阶段直接实施反硝化，使得反响时间缩短，除磷效果进步。厌氧氨氧化工艺中，由于厌氧氨氧化菌是自氧菌无需外加碳源，大大降低了硝化反响的充氧能耗。因而将SHARON工艺作为硝化反响器，ANAMOX工艺作为反硝化反响器构成组合工艺，工艺图如图6。该工艺适用于处置高氨氮浓度废水，此工艺与传统工艺相比反响时间短，能耗低，产泥量少。
5、瞻望
污水脱氮除磷技术已成为水污染管理的重要技术，将来开展将集中在以下几个方面：
(1)对传统脱氮除磷工艺实施改良，使不同营养型微生物独立生长在不同反响器中。将传统工艺实施组合实验寻觅最优的组合新工艺。
(2)以短程硝化反硝化，厌氧氨氧化、反硝化除磷等新理论为根底，开发新型脱氮除磷工艺。目前有些新技术已应用于理论当中，但这些新技术的原理、工艺及影响要素还未完整控制，有待进一步深化研讨。
(3)生物脱氮除磷工艺应遵照可持续开展的理念，最大水平减少CO2的排放，剩余污泥的产生，完成污染物无害化和废水的回收应用。
