20世纪70年代以来，世界各国意识到控制水体中的氮磷含量是抑制水体富营养化的重要因素，纷纷开展了脱氮除磷机理及工艺研究。在城市生活污水中，氮以有机态氮、氨态氮、亚硝酸氮、硝酸氮以及气态氮存在，并在一定的条件下可以相互转化。

废水生物脱氮的基本原理就是在生物处理过程中使废水中含氮有机物被微生物分解，转化为N2而从液相中释放出来。

传统的生物脱氮是在好氧的条件下，利用水中的好氧菌硝酸菌把氨态氮转化成硝酸态或者亚硝酸态的氮，再在缺氧的条件下，利用反硝化菌将硝酸态的氮和亚硝酸态的氮转化为氮气放出，从而达到脱氮的目的。

目前的生物脱氮除磷技术主要是使废水通过污水处理系的非曝气区形成缺氧和厌氧环境,或单独设立缺氧和厌氧环境,或通过控制充氧量与运行条件而形成硝化/反硝化、除磷所需的环境,从而达到去除氮磷的目的。污水生物脱氮工艺中氮的转化包括氮化过程、同化过程、硝化过程、反硝化过程,而后两者是最主要的过程。传统的脱氮理论认为硝化反应在好氧条件下进行而反硝化在厌氧条件下完成,两者不能在同一条件下进行。然而,近年来,研究者在试验及生产性运行中发现同时硝化反硝化现象的存在。尤其是有氧条件下的反硝化现象,确实存在于不同的生物处理系统中。如具有生产规模的工艺有氧化沟,SBR工艺,间歇曝气反应器工艺,旋转式好氧生物接触反应器工艺。其中,认为微环境的存在,是同时硝化反硝化现象的最主要原因;某些系统的反应器流态上的特征,为同时硝化反硝化也创造了可能的环境条件;其次,从微生物发展的角度也提出可能存在的、目前尚未被认识的微生物菌种(如好氧条件下的反硝化细菌)能使同时硝化反硝化现象发生。这些成果为生物脱氮指引了富有代表性的方向。生物除磷起源于活性污泥超量吸磷现象的发现。早期对生物除磷的机理的解释为,厌氧区提供“压抑”状态引起磷的释放,随后在好氧区实现磷的吸收。随着实验观测资料的积累。

污水生物脱氮除磷的目的是通过微生物的作用将氮、磷从水中去除,有效防止经常规处理后的污水仍然成为水体富营养化的源头。污水生物脱氮除磷技术包括单独的脱氮工艺、单独的除磷工艺和同时脱氮除磷工艺。而前两者可根据需要通过设计或工艺运行控制满足某些特定污水的处理要求,但脱氮与除磷之间又无严格的界限,单独的脱氮工艺也符合水处理技术的发展方向。今后,一方面要大力开发符合国情、尤其是适合现有污水处理厂改造的高效除磷脱氮技术;另一方面,开展对生物脱氮除磷更深入的基础研究和应用开发,优化生物脱氮除磷组合工艺,最终产生高效、经济的脱氮除磷组合技术。

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