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时间：2024-11-21 16:46:35
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对于城市污水中氮、磷的去除，一般应结合污水的一级、二级处理工艺进行。在对城市污水一级处理去除悬浮物及二级处理去除有机物的基础上，进一步采取措施去除其中的氮、磷，即三级处理。当二级或三级出水水质仍达不到回用水水质要求时，需采取的处理措施则称为深度处理。
城市污水脱氮技术可分为生物法脱氮和物理化学法脱氮两类。在生物脱氮系统中，不仅要去除有机物，还要将污水中的有机氮和氨氮通过生物硝化和反硝化作用转化为氮气，最终从污水中除去。物理化学脱氮方法通常直接对氨氮进行脱除，不包括有机氮转化为氨氮和氨氮氧化成硝酸盐的过程。
1.物理化学法脱氮
能够去除水中氮的物理化学法脱氮工艺主要有化学沉淀法、折点氯化法、选择性离子交换法、空气吹脱法、汽提法、反渗透法等。
（1）化学沉淀法 往水中投加某种化学药剂，使其与水中的
发生反应，生成难溶于水的盐类，形成沉渣易去除。例如在含有NH3-N的废水中加入
和Mg2+，生成磷酸铵镁沉淀。
（2）吹脱法 废水中的NH3-N大多以铵离子（
）和游离氨（NH3）保持平衡的状态存在（
）。将水的pH值调节至碱性，则水中
转化为游离态的NH3。再向水中通入空气，使水中的NH3从液相转移到空气中，随气体逸散到大气。
（3）汽提法 使蒸气与废水接触，废水温度提升至沸点，利用蒸馏作用使水中的游离NH3挥发到大气中。
（4）氯化法 将氯气或次氯酸钠通入水中，当投入量超过某一值时，NH3-N与氯反应生成N2从水中去除。
（5）结晶法 含铵盐的废水经蒸发浓缩，使铵盐在废水中形成结晶去除。
（6）离子交换法 用不溶性离子化合物（离子交换剂）上的可交换离子与废水中的
进行交换反应，使
转移至不溶性离子化合物上去除。
对于物理化学法脱氮，目前尚缺乏成功的工艺设计经验，运行操作复杂，费用昂贵，而现有的城市污水二级处理系统很容易改建成生物脱氮系统。因此目前城市污水脱氮的主要内容是生物脱氮。只有当气候条件不适合生物脱氮或污水中氨氮浓度很高时（如填埋沥滤液）才用物理化学法去除氨氮。此外，当用生物脱氮还不能满足严格的出水水质要求时，可以把物理化学脱氮作为最终处理工艺。
2.生物法脱氮
（1）污水中的氮及生物脱氮过程 氮在污水中的存在形式有四种，即有机氮（动物蛋白、植物蛋白）、氨氮（
、NH3）、亚硝酸氮（
）和硝酸氮（
）。在城市污水中，氮主要以有机氮（蛋白质、氨基酸、尿素、胺类化合物、硝基化合物等）和氨氮的形式存在，一般以前者为主。当污水中的有机物被生物降解氧化时，其中的有机氮被转化为氨氮（氨化反应）。因此，二级处理出水中氮的形式主要是氨氮，另外还有少量经硝化反应生成的亚硝酸氮和硝酸氮。
污水中有机氮和氨氮的总和叫凯氏氮（TKN），是指以基耶达（Kjeldahl）法测得的水中含氮量。它包括在测定条件下能转化为铵盐而被测定的有机氮化合物、氨氮。其中有机氮化合物主要有蛋白质、氨基酸、肽、胨、核酸、尿素以及所合成的氮为负三价形态的有机氮化合物，但不包括叠氮化合物、硝基化合物等。凯氏氮与亚硝酸氮及硝酸氮的总和叫总氮（TN）。一般认为：
凯氏氮=有机氮+氨氮
总氮=总凯氏氮+硝酸氮+亚硝酸氮
城市污水中TKN的值一般为15～50mg/L，其中非溶解性部分约占40％。
生物脱氮包括以下三个过程。
①同化过程：污水中一部分氨氮被同化为新细胞物质，以剩余污泥形式去除。
②硝化过程：在好氧条件下，将氨态氮氧化为亚硝酸氮和硝酸氮的过程。此作用是由亚硝酸菌和硝酸菌共同完成的。
③反硝化过程：在缺氧条件下，硝酸氮和亚硝酸氮在反硝化菌作用下，还原为氮气，然后使氮气从污水中释放到大气中的过程。
（2）生物硝化工艺 生物硝化工艺是生物脱氮的必要步骤，根据碳氧化（碳有机物的氧化）和硝化功能的分离程度，硝化工艺一般有两种形式：单独硝化工艺（又称分级硝化工艺）和合并硝化工艺（又称单级硝化工艺）。碳氧化和硝化在不同反应器内进行称为单独硝化工艺，碳氧化和硝化在同一反应器内进行称为合并硝化工艺。
完成生物硝化的反应器可分为微生物悬浮生长型和微生物附着生长型两种类型。微生物悬浮生长型反应器即活性污泥反应器，这种类型的反应器除普通活性污泥法的典型工艺（包括完全混合式和推流式）外，还包括普通活性污泥法的一些变形（如延时曝气、吸附再生、阶段曝气、纯氧活性污泥法等）以及序批式活性污泥法（SBR）和氧化沟等。微生物附着型反应器即生物膜反应器，主要有普通生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池和生物流化床等。表2-1为两种生物硝化工艺的特性比较。
表2-1 两种生物硝化工艺的特性比较
（3）生物脱氮工艺 生物硝化过程将污水中的有机氮和氨氮氧化为硝态氮，但这只是转化了氮在污水中的存在形式，并不能使污水中的总氮减少。只有在硝化的基础上再进行反硝化，将硝态氮还原为氮气，才能降低污水中的总氮。
生物脱氮工艺流程同一般的生物处理法一样，按处理原理可分为两大类：活性污泥脱氮法（系统）和生物膜脱氮法（系统）。按碳氧化、硝化、反硝化的过程是结合进行还是分开进行来区分，有多级和单级两种系统。按脱氮时所采用的碳源不同，还可区分为内碳源和外加碳源两种方式。
在活性污泥多级脱氮系统中，硝化菌、反硝化菌污泥互不相混，分别由不同反应器将它们分隔开来，可分别称为三级活性污泥脱氮系统和二级活性污泥脱氮系统。在单级脱氮系统中，碳氧化、硝化和反硝化在一个活性污泥反应器内实现，微生物交替地处于好氧和厌氧状态。
①三级活性污泥脱氮工艺。三级生物脱氮系统是一种传统的生物脱氮方式，其工艺流程见图2-1。在此流程中，含碳有机物氧化和含氮有机物氨化、氨氮的硝化及硝酸盐的反硝化分别按顺序在三个反应器中进行，并维持各自独立的污泥回流系统。第一段（曝气池）和第二段（硝化池）应维持好氧状态。第三段（反硝化池）则应维持缺氧条件，不进行曝气，只采用搅拌使污泥处于悬浮状态并与污水保持良好的混合。第二段的硝化过程要消耗碱度，使pH值下降，从而降低硝化反应速度，因此如果原污水碱度不足，需要加碱调节pH值。该工艺中，反硝化过程所需碳源采用外加甲醇。
图2-1 三级活性污泥脱氮工艺流程
这种流程的优点是好氧菌、硝化菌和反硝化菌分别生长在不同的反应器中，并分别控制在适宜的条件下运行，反应速度较快，可以得到相当好的BOD5去除效果和脱氮效果。另外，由于不同阶段发生的污泥分别在不同的沉淀池中沉淀分离而且各有独自的污泥回流系统，故运行的灵活性和适应性较好。
这种流程的缺点是流程长、构筑物多、附属设备多、基建费用很高，且由于需要投加甲醇作为外加碳源，也在较大程度上增加了运行费用。此外，在出水中还往往残留一定量的甲醇，形成BOD5和CODCr。
②二级活性污泥脱氮工艺。在此流程中，含碳有机物的氧化、有机氮的氨化和硝化合并在一个生物处理构筑物中进行，即采用合并硝化工艺，见图2-2。该工艺流程与三级活性污泥脱氮工艺相比较，系统中减少了一个活性污泥反应器、一个沉淀池和一个污泥回流系统，但仍需外加甲醇作为碳源。该系统的优缺点与三级活性污泥脱氮系统相似，为了保证出水有机物浓度满足要求，可以在反硝化池后面增加一个曝气池，去除由于残留甲醇形成的BOD5。
图2-2 二级活性污泥脱氮工艺流程
③单级活性污泥脱氮工艺。单级活性污泥脱氮系统最典型的特征就是只有一个沉淀池，即只有一个污泥回流系统。这种系统利用污水中的含碳有机物或微生物内源代谢产物作为
反硝化电子供体，因而不需要补充外加碳源。
单级活性污泥脱氮系统具有许多不同的形式，如缺氧/好氧（A/O）工艺，厌氧/缺氧/好氧（A2O）工艺、UCT（university of Capetown）工艺和VIP（virginia initiative plant）工艺。这些工艺只有一个缺氧池。巴顿甫（Bardenpho）生物脱氮工艺和改良UTC工艺是具有两个缺氧池的单级活性污泥脱氮系统。此外，还有多缺氧池的单级活性污泥脱氮系统，其他如氧化沟、SBR法、循环曝气系统（cyclical aerated system）也同归属为单级活性污泥脱氮系统。
a.缺氧-好氧生物脱氮工艺（简称A/O工艺）。该工艺的主要特点是将反硝化反应器放置在系统之首，故又称为前置反硝化生物脱氮系统，见图2-3。这是目前较为广泛采用的一种脱氮工艺。
图2-3 缺氧-好氧生物脱氮工艺流程
在此流程中，原污水先进入缺氧池，再进入好氧池，并将好氧池的混合液与沉淀池的污泥同时回流到缺氧池。污泥回流和好氧池混合液的回流保证了缺氧池和好氧池中有足够数量的微生物，并使缺氧池得到好氧池中硝化产生的硝酸盐。由于原污水和好氧池混合液直接进入缺氧池，为缺氧池反硝化提供了充足的碳源有机物，使反硝化反应能在缺氧池中得以进行。缺氧池进行反硝化后，出水可以在好氧池中进行BOD5的进一步降解和硝化作用。
该工艺流程简单，装置少，无需外加碳源，因而基建费用及运行费用较低，脱氮效率一般在80％左右；但由于出水中含有一定浓度的硝酸盐，在二沉池中，有可能进行反硝化反应，造成污泥上浮，影响出水水质。
与多级生物脱氮系统相比，单级活性污泥脱氮系统脱氮率较低，对污水中生物有毒有害物质较敏感，但现有以去除BOD为目标的普通二级污水处理系统很容易改建为同时去除BOD和脱氮的单级活性污泥脱氮系统。当对出水有更严格要求或在冬季由于水温低不能满足出水水质要求时，可以在单级活性污泥脱氮系统后增加一级补充外加碳源的反硝化构筑物。
b.巴顿甫（Bardenpho）工艺。该工艺系由两级A/O工艺组成，共四个反应池，见图2-4。在第一级A/O工艺中，原污水先进入第一缺氧池，第一好氧池混合液回流至第一缺氧池。回流混合液中的NO3-N在反硝化菌的作用下，利用原污水中的含碳有机物作为碳源物质在第一缺氧池中进行反硝化反应。第一缺氧池出水进入第一好氧池，在第一好氧池中发生含碳有机物的氧化、含氮有机物的氨化和氨氮的硝化作用，第一缺氧池产生的氮气也在第一好氧池中经曝气吹脱释出。在第二级A/O工艺中，第一好氧池中的混合液流入第二缺氧池，反硝化菌利用混合液中的内源代谢产物进一步进行反硝化。第二缺氧池混合液进入第二好氧池，由于曝气作用吹脱释出反硝化产生的氮气，从而可改善污泥的沉淀性能，同时由于溶菌作用，产生的
也可在第二好氧池得到硝化。由于有两级A/O工艺，该工艺的脱氮效率可达90％～95％。
图2-4 巴顿甫生物脱氮工艺流程
c.氧化沟工艺。氧化沟（oxidation ditch）又称循环曝气池，是一种改良的活性污泥法，其曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污泥混合液在其中循环流动。氧化沟的水力停留时间和污泥龄较长，有机负荷很低［0.05～0.15kgBOD5/（kgMLSS·d）］，实质上相当于延时曝气活性污泥系统。
氧化沟的出水水质好，一般情况下，BOD5去除率可达95％～99％，脱氮率可达90％，除磷效率在50％左右，如在处理过程中，适量投加铁盐，则除磷效率可达95％。目前常用于生物脱氮的氧化沟工艺主要有卡鲁塞尔式、三沟交替工作式和奥贝尔氧化沟。
（a）卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟工艺。这是一个多沟串联的系统，进水与活性污泥混合后沿箭头方向在沟内做循环流动，见图2-5。卡鲁塞尔氧化沟在每一组沟渠的同一端设置一台立式低速表曝机，因此形成了靠近曝气机下游的富氧区和曝气机上游以及外环的缺氧区。这不仅有利于生物凝聚，还使活性污泥易于沉淀。
图2-5 卡鲁塞尔氧化沟
卡鲁塞尔氧化沟采用立式表曝机，氧转移效率高，平均传氧效率达到2.1kg/（kW·h）以上，具有极强的混合搅拌和耐冲击负荷能力。氧化沟内水深可采用4～4.5m，沟内水流速度为0.3～0.4m/s。如果有机负荷较低时，可停止某些曝气器的运行，在保证水流搅拌混合循环流动的情况下，减少能量损耗。
（b）三沟交替工作式氧化沟 三沟交替工作式氧化沟，又称T型氧化沟，是丹麦Kruger公司开发的生物脱氮新工艺。该系统由三个相同的氧化沟组建在一起作为一个单元运行，三个氧化沟之间相互两两连通，两侧的Ⅰ、Ⅲ两池交替用做曝气池和沉淀池，中间的Ⅱ池始终进行曝气。进水交替进入Ⅰ池和Ⅲ池，出水相应从Ⅲ池和Ⅰ池引出。这样交替运行可提高曝气池转刷的利用率，有利于生物脱氮。
三沟交替工作式氧化沟生物脱氮的运行过程可分为6个阶段，如图2-6和表2-2所示。
图2-6 三沟交替工作式氧化沟运行过程
表2-2 三沟交替工作式氧化沟运行方式
阶段A污水通过分配井流入Ⅰ池，出水自Ⅲ池引出，三池的工作状态为：Ⅰ池转刷低速旋转，维持缺氧状态，进行反硝化和有机物的部分分解；Ⅱ池转刷高速转动，进行有机物进一步降解及
的硝化；Ⅲ池转刷停止转动，作为沉淀池。
阶段B 进水引入Ⅱ池，出水自Ⅲ池引出，Ⅰ池和Ⅱ池维持好氧状态，Ⅲ池保留为沉淀池。
阶段C 进水仍引入Ⅱ池，出水自Ⅲ池引出；Ⅰ池转为沉淀池，完成泥水分离；Ⅱ池转刷低速转动，维持缺氧状态。对阶段B中积累的硝酸盐进行反硝化，Ⅲ池仍为沉淀池。
阶段D 进水引入Ⅲ池，出水自Ⅰ池引出。Ⅰ池与Ⅲ池的工作状态正好与阶段A相反，Ⅱ池则与阶段A相同。
阶段E Ⅱ池工作状态与阶段B相同，Ⅰ池与Ⅲ池的工作状态与阶段B相反。
阶段F Ⅱ池工作状态与阶段C相同，Ⅰ池与Ⅲ池的工作状态与阶段C相反。
从上述运行过程可以看出，三沟交替工作式氧化沟是一个A/O生物脱氮活性污泥系统，可以完成有机物的降解和硝化反硝化的过程，取得良好的BOD5去除效果。依靠三池工作状态的转换，省去了活性污泥回流和混合液回流，从而节省了电耗和基建费用。
三沟交替工作的氧化沟系统各阶段运行时间可根据水质情况进行调整。整个运行过程中，溢流堰高度的调节，进出水的切换及转刷的开启、停止，转刷的调整均由自控装置进行控制。三沟式氧化沟的脱氮是通过新开发的双速电机来实现的，曝气转刷能起到混合器和曝气器的双重功能。当处于反硝化阶段时，转刷低速运转，仅仅保持池中污泥悬浮，而池中处于缺氧状态。好氧和缺氧阶段完全可由转刷转速的改变进行自动控制。
（c）奥贝尔氧化沟。奥贝尔氧化沟工艺见图2-7，通常由三个环形的沟道相套组成，平面上为圆形或椭圆形。沟道之间采用隔墙分开，隔墙下部设有通水孔。沟道断面形状多为矩形。原污水和回流污泥可进入外、中、内三个沟道，通常是进入外沟道。出水自内沟道经中心岛内的堰门排出，进入沉淀池。当脱氮要求较高时，可以增设内回流系统（由内沟道回流到外沟道），提高反硝化程度。
图2-7 奥贝尔氧化沟
除活性污泥法脱氮工艺外，还有生物膜法脱氮工艺，其原理与运行方式与活性污泥法基本相同。不同之处是用生物膜代替了活性污泥，且不需要回流污泥。
磷的去除有化学除磷和生物除磷两种工艺，生物除磷相对经济，但生物除磷工艺出水不能稳定达到排放标准；要达到稳定的出水标准，有时需要辅以化学除磷或直接采用化学除磷。
1.化学除磷
化学除磷是一种应用较早和较广的除磷技术，其基本原理是通过向污水中投加化学药剂与磷反应生成不溶性磷酸盐从污水中除去，常用药剂有石灰、铝盐和铁盐。
（1）石灰除磷 向水中投加石灰，钙盐与水中的磷酸盐发生反应生成沉淀，将磷从水中去除。其反应过程如下：
石灰首先与水中的碱度发生反应生成碳酸钙沉淀，然后过量的Ca2+才能与磷酸盐反应生成羟基磷灰石沉淀。羟基磷灰石的溶解度随着pH值升高而减小，其沉淀越多，磷的去除率也就越高。
（2）金属盐除磷 其原理是投加的阳离子絮凝剂与污水中的
形成不溶性化合物，同时由于污水中OH-的存在，最终产生氢氧化物絮体，通过固液分离的方法从污水中脱除，达到除磷的目的。
金属盐除磷分为4个步骤：沉淀反应、凝聚作用、絮凝作用、固液分离。沉淀反应和凝聚过程在一个混合单元内进行，目的是使沉淀剂在污水中快速有效地混合。凝聚过程中，沉淀所形成的胶体和污水中原已存在的胶体凝聚为直径在10～15μm范围内的主粒子。絮凝过程中主粒子相互结合在一起形成更大的粒子——絮体，该过程的意义在于增加沉淀物颗粒的大小，使得这些颗粒能够通过典型的沉淀或气浮加以分离。
水处理的化学药剂按照成分主要分为有机、无机、微生物；按照分子质量的大小可分为低分子絮凝剂、高分子絮凝剂；根据官能团及离解后电荷情况又可以分为阴离子型、阳离子型、非离子型。在水处理中应用最为广泛的是低分子絮凝剂和高分子絮凝剂，主要种类有无机低分子絮凝剂、有机高分子絮凝剂、天然高分子絮凝剂。
无机絮凝剂主要是铁、铝盐及其水解聚合产物，而以羟基多核络合物或无机高分子化合物存在的无机高分子絮凝剂的运用越来越广泛。
有机高分子絮凝剂主要分为天然絮凝剂和人工絮凝剂两大类。人工合成的高分子絮凝剂多为水溶性聚合物，通常又分为阴离子型和阳离子型两大类。合成高分子絮凝剂主要包括聚丙烯酰胺和它的同系物、衍生物等高分子类物质。天然高分子絮凝剂主要包括淀粉类、蛋白质类、多聚糖类及壳聚糖类。在化学除磷中广泛使用的铁盐、铝盐的除磷机理如下：
Fe3++3HCO3-→Fe（OH）3↓+3CO2
铁盐除磷反应过程如下：铁盐溶于水中后，Fe3+一方面与磷酸根形成难溶性的盐，一方面通过溶解和吸水发生强烈水解，并在水解的同时发生各个聚合反应，生成具有较长线形结构的多核羟基络合物，如
、
、
、
、
、
、
、
、
、
等。这些含铁的羟基络合物能有效地降低或消除水体中胶体的ξ电位，通过电中和、吸附架桥及絮体的卷扫作用使胶体凝聚，再通过沉淀分离将磷去除。
铝盐除磷的原理一般认为是当铝盐分散于水体时，一方面Al3+与
反应，另一方面，Al3+首先水解生成单核络合物Al（OH）2+、
及AlO2-等，单核络合物通过碰撞进一步缩合，进而形成一系列多核络合物
（n>1，m≤3n），这些铝的多核络合物往往具有较高的正电荷和比表面积，能迅速吸附水体中带负电荷的杂质，中和胶体电荷、压缩双电层及降低胶体ζ电位，促进了胶体和悬浮物等快速脱稳、凝聚和沉淀，表现出良好的除磷效果。
2.生物除磷
生物除磷机理有两种不同观点，第一种认为是生物诱导化学沉淀作用除磷，第二种认为是生物过量聚磷作用。目前，普遍认可第二种，即聚磷菌的摄磷释磷原理。其原理主要包括以下两方面。
（1）厌氧段 如图2-8所示，活性污泥中的一部分细菌通过发酵作用，将处理水中的溶解性BOD5转化成低分子发酵产物——挥发性脂肪酸。在没有溶解氧或硝态氮的厌氧条件下，聚磷菌在分解体内的聚磷酸盐时产生生物能量ATP，并将其作为低分子发酵产物，以主动运输的方式摄入细胞内，以聚-β-羟基丁酸盐、聚-β-羟基戊酸盐及糖原等有机颗粒的形式存储于细胞内。主动运输过程所消耗的能量来源于磷酸盐的水解和细菌体内糖的酵解，在此过程中，细菌还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排到体外；与此同时，细胞内还会经过诱导产生大量的聚磷酸盐激酶。
图2-8 放/摄磷、贮/耗磷原理
根据Gaudy的研究，在厌氧条件下，乙酰乙酸生成电子的受体PHB，并且当有能量的来源时，已经吸收进入细菌体内的乙酸盐就会转化为乙酰辅酶A，但由于细胞内的辅酶A有限，乙酰辅酶A可以转化为乙酰乙酸；在好氧条件下，PHB会再次被氧化为乙酰辅酶A进入到三羧酸循环（TCA）之中。
由于厌氧段的时间较为短暂，没有充足的时间进行水解和转化进入的颗粒性BOD5，厌氧段中的兼性细菌通过对进水BOD5中的溶解性成分进行发酵而产生乙酸盐和其他的发酵产物。厌氧段中，除磷微生物将水解聚磷所产生的能量用于促进发酵产物的吸收和储存，而此过程说明在活性污泥系统中，除磷微生物比其他微生物更具有竞争性，也即厌氧状态对活性污泥系统中的微生物种类进行了生物选择并促进了除磷微生物的生长与繁殖。
（2）好氧段 在好氧段，聚磷菌利用在厌氧段产生的PHB的氧化分解所产生的能量，将污水中的磷摄入到体内，并利用这一部分磷合成聚磷酸盐存储在细菌的体内。经过厌氧段的释磷过程，活性污泥在好氧段和缺氧段会再次大量地将磷吸收到体内，吸磷能力的强弱取决于在厌氧段磷的释放情况。
3.除磷工艺
（1）Phostrip工艺 在常规的活性污泥工艺回流污泥过程中增设厌氧放磷池和上清液的化学沉淀池即构成了Phostrip工艺，见图2-9。其原理是使二沉池的污泥在浓缩池中浓缩，处于厌氧态的污泥释放磷，浓缩池上清液的含磷量升高。将上清液撇出加石灰沉淀，然后将释放出磷后的浓缩污泥再回流到曝气池，以使之在好氧状态下再摄取磷。该工艺是一种生物法和化学法协同的除磷方法。
图2-9 Phostrip生物除磷工艺
（2）A/O生物除磷工艺 A/O生物除磷工艺由厌氧及好氧两部分组成，见图2-10。污水首先进入厌氧池，与二沉池回流的污泥混合。聚磷菌在厌氧条件下将细胞中的磷释放到混合液中，同时大量吸附污水中易被快速降解的有机物。进入好氧池，聚磷菌在好氧条件下过量吸附水中的磷（比在厌氧条件下释放更多的磷），将磷贮存在污泥中。再经二沉池随剩余污泥排出系统，从而降低出水中磷的含量。
图2-10 A/O生物除磷工艺
随着污水脱氮除磷技术的研究、开发和实际应用，出现了可以在同一个系统中完成脱氮除磷的处理技术，也开发出越来越多的以全新的原理为理论基础的新生物脱氮除磷技术。
1.同步脱氮除磷工艺
（1）A2/O工艺 A2/O是A/O工艺的改进，见图2-11。在原来A/O工艺基础上，在缺氧池之前嵌入一个厌氧池并将好氧池中的混合液回流到缺氧池中达到反硝化的目的。污水与回流污泥先进入厌氧池完全混合，同时回流污泥中的聚磷微生物释放磷，满足细菌对磷的需求。然后厌氧池出水和好氧池内循环回流的混合液一起进入缺氧池，反硝化细菌以污水中未分解的含碳有机物作为碳源，其中的硝酸盐还原为N2而释放。接着污水流入好氧池，水中氨氮进行硝化反应生成硝酸盐，有机物被氧化分解供给吸磷微生物以能量，微生物在水中吸收磷，磷进入细胞组织，经二沉池分离以后以富磷污泥的形式从系统中排出。
图2-11 A2/O工艺
（2）SBR工艺 SBR工艺也叫间歇式活性污泥法，是在一个反应器中周期性完成生物降解和泥水分离过程的污水处理工艺，见图2-12。在典型的SBR反应器中，按照进水、曝气、沉淀、排水、闲置5个阶段顺序完成一个污水处理周期。SBR工艺的新变种有ICEAS、CAST、CASS、IDEA等。通过调整运行顺序，在一个周期里的不同时段分别提供脱氮除磷所需的厌氧、缺氧、好氧条件，实现脱氮除磷的目的。
图2-12 SBR工艺
（3）氧化沟 在氧化沟前增设厌氧池提供厌氧条件或者在氧化沟内提供厌氧区，使氧化沟处理系统具备厌氧、缺氧、好氧条件，实现脱氮除磷的目的。
2.同步脱氮除磷新工艺
最新的生物脱理论包括短程硝化反硝化反应、同时硝化反硝化反应和厌氧氨氧化反应、好氧反硝化、异养硝化、反硝化除磷等。
短程硝化反硝化理论仍以传统脱氮理论为基础，将氨氮氧化控制在亚硝化阶段，然后进行反硝化，省去了传统生物脱氮中由亚硝酸盐氧化成硝酸盐，再还原成亚硝酸盐两个环节。
同时硝化反硝化就是硝化反应和反硝化反应在同一反应器中、相同操作条件下同时发生这一现象。关于这一理论有几种假说，其中微环境理论认为微生物个体形态非常微小，因而影响生物的生存环境也是微小的。而宏观环境与微观环境并不完全一致，在活性污泥菌胶团和生物膜内部会存在多种多样的微环境类型，在宏观环境的好氧状态下，微环境却可能包括好氧、缺氧、厌氧状态，使微生物实现脱氮除磷的目的，即同时硝化反硝化现象。
厌氧氨氧化理论认为系统处在缺氧或厌氧的环境下，一类被称为厌氧氨氧化细菌的自养型细菌能将
当作电子供体，同时将
或
当作电子受体，在这个过程中
被氧化，同时把
或
还原成为气态氮从而实现脱氮过程。
好氧反硝化就是细菌利用好氧反硝化酶的作用，在有氧条件下进行反硝化的过程。该理论也被用来解释同时硝化反硝化现象。
异养硝化细菌能够在利用有机碳源生长的同时将含氮化合物硝化生成羟胺、亚硝酸盐、硝酸盐等产物，多数还能同时进行好氧反硝化作用，直接将硝化产物转化为含氮气体。因此，异养硝化作用利用这类细菌实现氨氮在高有机物浓度条件下的硝化作用。
反硝化除磷理论源于兼性厌氧型反硝化除磷菌的发现。反硝化除磷理论认为兼性厌氧型反硝化除磷菌在缺氧条件下，能把
当作电子受体，生物摄磷作用和反硝化脱氮能同时进行，从而实现反硝化同时去除磷的目的。
由于城市污水物化法脱氮工艺使用极少，本书不设计算例题。物化法除磷工艺主要是在生物处理系统内直接投药或者是二沉池出水后增设混凝、沉淀处理单元，这部分设计计算可参见本书有关混凝、沉淀部分。
污水生物法的类别及相应的工艺设施参见图2-13。目前城市污水脱氮除磷的主流工艺是活性污泥法工艺，生物膜法处理技术主要应用于污水的有机物降解和氨氮的硝化方面。生物膜法反硝化、除磷工艺虽然有诸如深床滤池等工艺，但在城市污水处理中的应用较少，还有待进一步开发、推广。本章列出活性污泥法及生物膜法脱氮除磷常用工艺设计的主要设计要求、计算公式与技术参数等，以供工程设计计算使用。
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