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摘要：简单介绍了目前在城市污水处理几种常用的污水脱氮除磷处理工艺及其发展改进的工艺。
关键字：脱氮除磷，氧化沟，A/A/O，SBR，BAF，VertiCel-BNR工艺
污水处理的生物脱氮除磷工艺都包含厌氧、缺氧、好氧三个不同过程的交替循环。按照构筑物的组成形式、运行性能以及运行操作方式的不同，又分为悬浮性活性污泥法和固着性生物膜法两大类.
应用于城市污水厂的悬浮性活性污泥法污水处理工艺主要有三个系列：（1） 氧化沟系列；（2）A/O 系列；（3） 序批式反应器（SBR） 系列。各个系列不断的发展、改進，形成了目前比较典型的工艺有：A/A/O 工艺、改良A/A/O 工艺、UCT 工艺、改良UCT 工艺、CARROUSEL-2000 氧化沟工艺、双沟式DE 氧化沟工艺、三沟式T 型氧化沟工艺、VIP 工艺、CASS 工艺、MSBR 工艺、Unitank 工艺等。应用于城市污水处理厂的固着性生物膜法工艺主要有生物滤池工艺。
1、氧化沟工艺
目前在国内外较为流行的氧化沟有：卡罗塞尔氧化沟、奥伯尔氧化沟、双沟式氧化沟、三沟式氧化沟。
氧化沟是活性污泥法的一种改进型，具有除磷脱氮功能，其曝气池为封闭的沟渠，废水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动，因此氧化沟又名“连续循环曝气法”。
（1）卡罗塞尔氧化沟是荷兰DHV 公司开发的。该工艺在曝气渠道端部装有低速表面曝气机。在曝气渠内用隔板分格，构成连续渠道。为了保证沟中流速，曝气渠的几何尺寸和表曝机的设计是至关重要的。
（2）双沟式（DE 型）氧化沟和三沟式（T 型）氧化沟是丹麦克鲁格公司开发的。DE 型氧化沟为双沟组成，氧化沟与二沉池分建，有独立的污泥回流系统，DE 型氧化沟可按除磷脱氮等多种工艺运行。双沟式氧化沟是由两个容积相同，交替运行的曝气沟组成。三沟式氧化沟集曝气沉淀于一体，工艺更为简单。三沟交替进水，两外沟交替出水，两外沟分别作为曝气或沉淀交替运行，不需二沉池及污泥回流设备，同DE 型氧化沟相同，需要的自动化程度高。
（3）奥伯尔（Orbal）氧化沟是氧化沟类型中的重要形式，椭圆型的，通常有三条同心曝气渠道（也有两条或更多条渠道）。污水通过淹没式进水口从外沟进入，顺序流入下一条渠道，由内沟道排出。奥伯尔氧化沟具有同时硝化、反硝化的特性，在氧化沟前面增加一座厌氧选择池，便构成了生物脱氮除磷系统。污水和回流污泥首先进入厌氧选择池，停留时间约1小时，在厌氧池中完成磷的释放，并改善污泥的沉降性，然后混合液进入氧化沟进行硝化、反硝化，实现脱氮除磷。
2、 A/A/O工艺
A/A/O 工艺是一种典型的脱氮除磷工艺，其生物反应池由ANAEROBIC(厌氧)、ANOXIC(缺氧)和OXIC(好氧)三段组成，其典型工艺流程见图3.1.3.3-1。这是一种推流式的前置反硝化型BNR 工艺，其特点是厌氧、缺氧、好氧三段功能明确，界线分明，可根据进水条件和出水要求，人为的创造和控制三段的时空比例和运转条件，只要碳源充足（TKN/COD≤0.08 或BOD/TKN≥4）便可根据需要达到比较高的脱氮率。
常规生物脱氮除磷工艺呈厌氧（A1）/缺氧（A2）/好氧（O）的布置形式。该布置在理论上基于这样一种认识，即：聚磷微生物有效释磷水平的充分与否，对于提高系统的除磷能力具有极端重要的意义，厌氧区在前可以使聚磷微生物优先获得碳源并得以充分释磷。
图1A/A/O 工艺流程图
为了达到更好的脱氮除磷处理效果，以及降低运行成本，在传统的A/A/O工艺上不断地发展改进，形成了一下几种常用的工艺： (1)改良A/A/O工艺， (2)UCT 工艺，(3)MUCT 工艺， (4)分点进水倒置A/A/O 工艺.
3、MSBR(改良型SBR)
MSBR 是80 年代后期发展起来的技术，目前其中的专利技术归美国芝加哥附近的Apua AEROBICSYSTEM .Inc 所有。MSBR 是连续进水、连续出水的反应器，其实质是A/A/O 系统后接SBR，因此具有A/A/O 的生物脱氮除磷功能和SBR 的一体化、流程简洁、控制灵活等优点。
MSBR系统原理图见图2。
图2 MSBR 工艺流程图
(2)CAST 工艺
CAST（Cyclic Activated Sludge Technology） 工艺是在传统SBR 工艺和ICEAS（Intermittent Cyclic Extended Aeration System） 工艺（周期循环延时曝气系统）基础上发展起来的一种新技术。
每组CAST 系统通常由四个池子组成，每池轮流运转，分别完成进水、反应、沉淀、闲置和出水工序。在每个池子前设有一个厌氧捕捉器（预反应区），部分污泥回流至该区。每个运行周期总时间为4h，每天运转6个周期。从表3-3可以发现，在每一个循环周期中，始终有2 个池子处于进水/曝气状态，另外两个分别处于沉淀/闲置和撇水状态，沉淀和撇水过程均需停止充水和曝气，这样运行方式可以实现整个系统的连续进出水。
4、BAF 工艺
曝气生物滤池是在生物接触氧化基础上，引入自来水处理过滤工艺原理基础上发展起来的一种新工艺，可用于去除污水中的有机物，也可通过硝化和反硝化除氮。在80年代初出现在欧洲，主要是在一级强化处理基础上将生物氧化与过滤结合在一起，滤池后可不设二次沉淀池，通过反冲洗再生，实现滤池周期运行。由于其性能良好，应用范围逐渐扩大，至90年代已日趋成熟，在污水二、三级处理领域中BAF曝气生物滤池发展很快，其中向上流生物滤池是近年来在欧洲发展起来的新一代生物膜污水处理技术。
BAF 工艺属生物膜法，生物膜法主要特点是微生物附着在介质“滤料”表面，形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物被微生物吸附转化为H2O、CO2、NH3 和微生物细胞物质，污水得到净化。采用鼓风曝气系统结合污水充氧。溶解的有机污染物转化成生物膜，生物膜经反冲洗脱落下来，从系统中去除。
图3曝气生物滤池工艺系统简图
5、VertiCel-BNR工艺
VertiCel-BNR工艺是西门子水处理事业部污水处理专利技术，这一工艺具有高效的脱氮功能，在美国已有几十项成功的应用业绩。VertiCel生物反应池由一个曝气缺氧的VLR立环氧化沟和2级微孔曝气池组成。
图4 VertiCel-BNR工艺系统简图
该工艺把生物处理工序分成了三段，在每一段中保持溶解氧的浓度不同，在不同阶段采用近似的0、1、2mg/L的溶解氧分布。
VertiCel-BNR的主要设计理念是缺氧曝气。影响需氧量的关键因素是设计中采用的DO值，使得需氧量大大降低，氧传递效率大大提高。另外，对于缺氧曝气，通常人们担心这将降低反硝化能力，事实相反，通过预反硝化和同时硝化-反硝化，有助于提高反硝化能力。该工艺更多的是同时反应而非循环反应，氨硝化成亚硝酸盐，亚硝酸盐直接反硝化，而省略了转化为硝酸盐，这种短程反应减少了反硝化1/3的需碳量，当BOD:N较高时，这种短程反应显示不出优越性，但当BOD：N≤4：1时，这种短程反应的优势就体现出来了，可以不投加碳源或少投加碳源。
VertiCel前半部分采用机械曝气，后半部分采用微孔曝气。这种混合曝气的方式能够最大程度的提高曝气效率，从而节能。
以上几种脱氮处理工艺目前广泛运用于城市污水厂，均能达到稳定的处理效果。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
关键字：脱氮除磷，氧化沟，A/A/O，SBR，BAF，VertiCel-BNR工艺
污水处理的生物脱氮除磷工艺都包含厌氧、缺氧、好氧三个不同过程的交替循环。按照构筑物的组成形式、运行性能以及运行操作方式的不同，又分为悬浮性活性污泥法和固着性生物膜法两大类.
应用于城市污水厂的悬浮性活性污泥法污水处理工艺主要有三个系列：（1） 氧化沟系列；（2）A/O 系列；（3） 序批式反应器（SBR） 系列。各个系列不断的发展、改進，形成了目前比较典型的工艺有：A/A/O 工艺、改良A/A/O 工艺、UCT 工艺、改良UCT 工艺、CARROUSEL-2000 氧化沟工艺、双沟式DE 氧化沟工艺、三沟式T 型氧化沟工艺、VIP 工艺、CASS 工艺、MSBR 工艺、Unitank 工艺等。应用于城市污水处理厂的固着性生物膜法工艺主要有生物滤池工艺。
1、氧化沟工艺
目前在国内外较为流行的氧化沟有：卡罗塞尔氧化沟、奥伯尔氧化沟、双沟式氧化沟、三沟式氧化沟。
氧化沟是活性污泥法的一种改进型，具有除磷脱氮功能，其曝气池为封闭的沟渠，废水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动，因此氧化沟又名“连续循环曝气法”。
（1）卡罗塞尔氧化沟是荷兰DHV 公司开发的。该工艺在曝气渠道端部装有低速表面曝气机。在曝气渠内用隔板分格，构成连续渠道。为了保证沟中流速，曝气渠的几何尺寸和表曝机的设计是至关重要的。
（2）双沟式（DE 型）氧化沟和三沟式（T 型）氧化沟是丹麦克鲁格公司开发的。DE 型氧化沟为双沟组成，氧化沟与二沉池分建，有独立的污泥回流系统，DE 型氧化沟可按除磷脱氮等多种工艺运行。双沟式氧化沟是由两个容积相同，交替运行的曝气沟组成。三沟式氧化沟集曝气沉淀于一体，工艺更为简单。三沟交替进水，两外沟交替出水，两外沟分别作为曝气或沉淀交替运行，不需二沉池及污泥回流设备，同DE 型氧化沟相同，需要的自动化程度高。
（3）奥伯尔（Orbal）氧化沟是氧化沟类型中的重要形式，椭圆型的，通常有三条同心曝气渠道（也有两条或更多条渠道）。污水通过淹没式进水口从外沟进入，顺序流入下一条渠道，由内沟道排出。奥伯尔氧化沟具有同时硝化、反硝化的特性，在氧化沟前面增加一座厌氧选择池，便构成了生物脱氮除磷系统。污水和回流污泥首先进入厌氧选择池，停留时间约1小时，在厌氧池中完成磷的释放，并改善污泥的沉降性，然后混合液进入氧化沟进行硝化、反硝化，实现脱氮除磷。
2、 A/A/O工艺
A/A/O 工艺是一种典型的脱氮除磷工艺，其生物反应池由ANAEROBIC(厌氧)、ANOXIC(缺氧)和OXIC(好氧)三段组成，其典型工艺流程见图3.1.3.3-1。这是一种推流式的前置反硝化型BNR 工艺，其特点是厌氧、缺氧、好氧三段功能明确，界线分明，可根据进水条件和出水要求，人为的创造和控制三段的时空比例和运转条件，只要碳源充足（TKN/COD≤0.08 或BOD/TKN≥4）便可根据需要达到比较高的脱氮率。
常规生物脱氮除磷工艺呈厌氧（A1）/缺氧（A2）/好氧（O）的布置形式。该布置在理论上基于这样一种认识，即：聚磷微生物有效释磷水平的充分与否，对于提高系统的除磷能力具有极端重要的意义，厌氧区在前可以使聚磷微生物优先获得碳源并得以充分释磷。
图1A/A/O 工艺流程图
为了达到更好的脱氮除磷处理效果，以及降低运行成本，在传统的A/A/O工艺上不断地发展改进，形成了一下几种常用的工艺： (1)改良A/A/O工艺， (2)UCT 工艺，(3)MUCT 工艺， (4)分点进水倒置A/A/O 工艺.
3、MSBR(改良型SBR)
MSBR 是80 年代后期发展起来的技术，目前其中的专利技术归美国芝加哥附近的Apua AEROBICSYSTEM .Inc 所有。MSBR 是连续进水、连续出水的反应器，其实质是A/A/O 系统后接SBR，因此具有A/A/O 的生物脱氮除磷功能和SBR 的一体化、流程简洁、控制灵活等优点。
MSBR系统原理图见图2。
图2 MSBR 工艺流程图
(2)CAST 工艺
CAST（Cyclic Activated Sludge Technology） 工艺是在传统SBR 工艺和ICEAS（Intermittent Cyclic Extended Aeration System） 工艺（周期循环延时曝气系统）基础上发展起来的一种新技术。
每组CAST 系统通常由四个池子组成，每池轮流运转，分别完成进水、反应、沉淀、闲置和出水工序。在每个池子前设有一个厌氧捕捉器（预反应区），部分污泥回流至该区。每个运行周期总时间为4h，每天运转6个周期。从表3-3可以发现，在每一个循环周期中，始终有2 个池子处于进水/曝气状态，另外两个分别处于沉淀/闲置和撇水状态，沉淀和撇水过程均需停止充水和曝气，这样运行方式可以实现整个系统的连续进出水。
4、BAF 工艺
曝气生物滤池是在生物接触氧化基础上，引入自来水处理过滤工艺原理基础上发展起来的一种新工艺，可用于去除污水中的有机物，也可通过硝化和反硝化除氮。在80年代初出现在欧洲，主要是在一级强化处理基础上将生物氧化与过滤结合在一起，滤池后可不设二次沉淀池，通过反冲洗再生，实现滤池周期运行。由于其性能良好，应用范围逐渐扩大，至90年代已日趋成熟，在污水二、三级处理领域中BAF曝气生物滤池发展很快，其中向上流生物滤池是近年来在欧洲发展起来的新一代生物膜污水处理技术。
BAF 工艺属生物膜法，生物膜法主要特点是微生物附着在介质“滤料”表面，形成生物膜，污水同生物膜接触后，溶解的有机污染物被微生物吸附转化为H2O、CO2、NH3 和微生物细胞物质，污水得到净化。采用鼓风曝气系统结合污水充氧。溶解的有机污染物转化成生物膜，生物膜经反冲洗脱落下来，从系统中去除。
图3曝气生物滤池工艺系统简图
5、VertiCel-BNR工艺
VertiCel-BNR工艺是西门子水处理事业部污水处理专利技术，这一工艺具有高效的脱氮功能，在美国已有几十项成功的应用业绩。VertiCel生物反应池由一个曝气缺氧的VLR立环氧化沟和2级微孔曝气池组成。
图4 VertiCel-BNR工艺系统简图
该工艺把生物处理工序分成了三段，在每一段中保持溶解氧的浓度不同，在不同阶段采用近似的0、1、2mg/L的溶解氧分布。
VertiCel-BNR的主要设计理念是缺氧曝气。影响需氧量的关键因素是设计中采用的DO值，使得需氧量大大降低，氧传递效率大大提高。另外，对于缺氧曝气，通常人们担心这将降低反硝化能力，事实相反，通过预反硝化和同时硝化-反硝化，有助于提高反硝化能力。该工艺更多的是同时反应而非循环反应，氨硝化成亚硝酸盐，亚硝酸盐直接反硝化，而省略了转化为硝酸盐，这种短程反应减少了反硝化1/3的需碳量，当BOD:N较高时，这种短程反应显示不出优越性，但当BOD：N≤4：1时，这种短程反应的优势就体现出来了，可以不投加碳源或少投加碳源。
VertiCel前半部分采用机械曝气，后半部分采用微孔曝气。这种混合曝气的方式能够最大程度的提高曝气效率，从而节能。
以上几种脱氮处理工艺目前广泛运用于城市污水厂，均能达到稳定的处理效果。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看