以N、P为主的植物营养素是造成水体富营养的元凶。在对水质要求越来越高的今天，对污水处理的要求不仅限于BOD和SS是不够的，对N、P也排放也提出了较高的要求。例如，在《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）对N、P排放的要求如下（单位为mg/L）：

基本控制项目		一级标准		二级标准	三级标准
		A标准	B标准
总氮（以N计）		15	20	-	-
氨氮（以N计）		5（8）	8（15）	25（30）	-
总磷（以P计）	2005 年12 月31 日前建设的	1	1.5	3	5
	2006 年1 月1 日起建设的	0.5	1	3	5

从标准中看，要求是比较高的。由于三级标准只有经济条件差和水污染控制要求低的情况下，对非重点控制流域和非水源保护区的建制镇的污水处理厂执行，在环境压力不断加大的情况，实事上无多少执行的空间。所以，只就有增加脱氮除磷功能，二级污水处理厂才有可能做到达标排放。而以AAO工艺为代表的生物脱氮除磷法有着在去除SS和有机物同时去除N和P、运行成本低等特点，目前已经成为脱氮除磷的主流工艺。

 

但生物脱氮除磷工艺在运行存在一个很大的问题，即不可能同时得到较高的脱氮和除磷效率，其原因主要有以下几条：

1. 反硝化菌和聚磷菌对有机物存在竞争关系。

无论是反硝化菌的反硝化过程还是聚磷菌的放磷过程都对碳源都有数量和质量的要求：数量上要求BOD/TKN>4同时BOD/TP>17；质量上要求是溶解性可快生物降解小分子有机物，主要是VFA（volatile fatty acid挥发性脂肪酸）。当VFA数量上不足时，反硝化菌和聚磷菌就会对吸收VFA会产生竞争，一般聚磷菌会处于竞争的劣势，从而影响工艺的除磷效果。

2. 对溶解氧和硝态氮要求不一样

反硝化是在缺氧状态下将NO₃^--N和NO₂^—N还原为N₂，而O₂会与其竞争做电子供体，而且会抑制硝酸盐还原酶的合成及活性，所以反硝化过程不仅要求要有NO₃^--N和NO₂^—N存在，而且不应存在溶解氧，这样的环境一般称之为缺氧环境。实际上很难达到反硝化过程溶解氧为0，考虑到污泥絮凝物或生物膜内部可呈缺氧状态进行反硝化，一般控制在0.5mg/L以下就可以了。

聚磷菌是通过释磷—吸磷循环来实现除磷的，放磷是除磷的重要步骤，多释放1mg磷，就可以多吸收2～2.4mg磷。溶解氧的存在会破坏了产酸菌降解大分子有机物的环境，抑制其不产生VFA，微生物的好氧呼吸又会消耗了一部分可生物降解的有机质，聚磷菌与好氧菌的竞争是不占优势的。硝态氮的影响与溶解氧相似。所以溶解氧与硝态氮的存在对放磷不利，只在它们全部消耗完后才开始放磷。没有严格要求没有溶解氧与硝态氮的环境一般称为厌氧环境。实际中控制溶解氧的浓度小于0.2mg/L，硝态氮浓度应尽可能小。

硝化和吸磷都好氧反应，要求较高的溶解氧量，一般称为好氧环境，实际通常要求溶解氧浓度保持在2.0 mg/L以上。

3. 工艺参数--污泥龄、水力停留时间、污泥负荷和剩余污泥量要求相对

为保证微生物在连续流反应器中存活，微生物在反应器中的停留时间，即污泥龄必须大于其最小世代时间，否则微生物的流失率将大于净增殖率，使微生物从系统中流失殆尽。一般污泥龄的至少应取最小世代时间的2倍以上。

脱氮过程至少涉及到三个反应：反硝化，分别有好氧和兼性菌参与氨化反应、亚硝化和硝化菌参与硝化反应、反硝化菌参与反硝化反应。后三种菌的世代周期都比较长，硝化反应是整个过程的控制因素，曝气反应过程属于延时曝气的范畴，故而污泥龄比较长，宜为12～25d，冬季还应适当延长。由于污泥龄长，其水力停留时间就比较长，一般取8～16h；相应的污泥负荷就比较低，一般取0.05～0.15 kgBOD₅/(kgMLSS•d)；氧化比较彻底，污泥产率只有0.3～0.5 kgMLSS/kgBOD₅，剩余污泥量也就比较少。

磷不会转化为气态物质，它的去除是通过转入污泥实现的，剩余污泥越多，除磷量越大，所以除磷工艺要求剩余污泥量要大。而剩余污泥量要大则污泥龄越小。不过太小的污泥龄会影响去除有机物的效果，因此污泥龄宜定为3.5～7d。污泥龄短，则水力停留时间也应该短，在厌氧段，水力停留时间应保证磷的有效释放，不宜太短，一般为1～2 h，而在好氧段，聚磷菌是分解体内在厌氧段吸收的有机小分子来聚磷，不与好氧菌竞争有机物，所以保证不太长吸磷的时间即可，太长的水力停留时间反而会过度氧化，使吸收的磷再次释放出来，影响除磷效果。水力停留时间短，污泥龄短，则污泥负荷就高，一般取0.4～0.7 kgBOD₅/(kgMLSS•d)。

从工艺参数上来看，脱氮和除磷的矛盾集中在污泥龄、污泥负荷和好氧段的水力停留时间上，其要求相反。调整这三个工艺参数是设计和运行时保证脱氮还是除磷的关键。

 

从以上可以看出，生物脱氮和除磷是一种相生相克的关系，去除要求不高时就可以相互促进了，但要求一高，就会相互影响、甚至是相互克制。所以在需同时脱氮除磷时，应综合考虑，是重点脱氮还是重点除磷。如果原水中N或P浓度太高可以用物理化学的方法进行预处理，先降低其中一种或两种的浓度，再用生物法脱氮除磷。脱氮一般用吹脱或折点氯化，除磷可以用混凝化学除磷，这些方法在处理工业废水领域已经十分成熟了。

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