目前，常用的生物脫氮除磷工藝有A2/O法、SBR法、氧化溝法等。
生物除磷原理
傳統(tǒng)的厭氧-好氧除磷原理
在厭氧段，兼性細(xì)菌通過發(fā)酵作用，將污水中溶解性BOD轉(zhuǎn)化為低分子發(fā)酵產(chǎn)物揮發(fā)脂肪酸(VFA) 。聚磷菌此階段分解體內(nèi)的聚磷酸鹽產(chǎn)生ATP，并利用ATP將水中的低分子發(fā)酵產(chǎn)物等有機物攝入細(xì)胞內(nèi)，以聚-β-羥基丁酸 (PHB) 、聚-β-羥基鏈烷酸( PHA)及糖原等有機顆粒的形式貯存于體內(nèi)，所需的能量來自聚磷酸鹽的水解及細(xì)胞內(nèi)糖的酵解，同時還將分解聚磷酸鹽所產(chǎn)生的磷酸釋放到胞外，即厭氧放磷。在好氧段，聚磷菌又可以利用聚-β-羥基丁酸鹽氧化分解所釋放的能量來攝取污水中的磷，并把所攝取的磷合成聚磷酸鹽貯存于細(xì)胞內(nèi)。一般來說，微生物增殖過程中，在好氧環(huán)境下所攝取的磷多于厭氧環(huán)境中所釋放的磷，即好氧聚磷。此原理的本質(zhì)是通過聚磷菌過量攝取污水中的磷酸鹽，以不溶性的聚磷酸鹽的形式積累于胞內(nèi)，通過排放富含磷的廢棄污泥來去除污水中的磷。
反硝化除磷原理
反硝化除磷原理與傳統(tǒng)的除磷過程相似，但其在吸磷階段以硝酸鹽取代氧氣為電子受體進(jìn)行缺氧攝磷，同時硝酸鹽被還原成氮氣而得以去除，達(dá)到同時脫氮除磷的目的，實現(xiàn)了“一碳兩用”。 反硝化除磷機理可以借用PAOs釋放和吸收無機磷酸鹽的Comeau - Wentzel模式來解釋。如圖1 所示。在厭氧段，乙酸(以乙酸分子形式)通過被動擴散穿過細(xì)胞膜。一旦進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)，即與ATP水解反應(yīng)耦合，活化成為乙酰輔酶A，同時產(chǎn)生ADP。細(xì)胞通過刺激多聚磷酸鹽( Poly -Pn )到ATP的再合成，對ATP /ADP比例的降低做出響應(yīng)。部分乙酰輔酶A經(jīng)TCA循環(huán)被代謝，提供合成PHB所需的還原力(NADH + H+ ) 。其余的乙酰輔酶A被轉(zhuǎn)化為PHB，約有90%的乙酸碳被儲存在這種多聚物中。在缺氧段，污水中的無機磷酸鹽豐富，而DPB 的多聚磷酸鹽含量低。因為在缺氧區(qū)NOx - 是電子受體，所以DPB為了生長，利用儲存的PHB作為碳源和能源，通過氧化磷酸化產(chǎn)生ATP，進(jìn)行無氧呼吸。隨著ATP /ADP比例增加，多聚磷酸鹽的合成受到激勵，因而能夠從污水中去除磷酸根和相應(yīng)的陽離子，在細(xì)胞內(nèi)重新儲存多聚磷酸鹽。
A/O工藝是最簡單的生物除磷工藝，反應(yīng)池劃分為好氧區(qū)和厭氧區(qū)，進(jìn)水與回流污泥在厭氧區(qū)進(jìn)水端混合后流經(jīng)多個反應(yīng)格串聯(lián)組成的厭氧區(qū)，隨后是多個反應(yīng)格串聯(lián)組成的好氧區(qū)，混合液最后進(jìn)入二沉池，通過固液分離，污泥從二沉池回流到厭氧區(qū)。部分富磷的污泥以廢棄污泥的形式從系統(tǒng)中排出，實現(xiàn)磷的去除。其特征是負(fù)荷高、泥齡和水力停留時間短。
反硝化除磷工藝
比較傳統(tǒng)的專性好氧聚磷菌去除工藝，反硝化聚磷菌能分別節(jié)省約50%和30%的COD 和氧的消耗量，相應(yīng)減少剩余污泥量50%，還可避免COD 單一氧化至CO2，使釋放到大氣中的CO2量明顯降低。目前，研究者在基于反硝化除磷的機理之上開發(fā)了許多新工藝。根據(jù)系統(tǒng)中微生物所處的環(huán)境可將反硝化除磷系統(tǒng)分為單污泥系統(tǒng)和雙污泥系統(tǒng)。
A2O工藝是一種結(jié)構(gòu)上最為簡單的同步脫氮除磷污水處理工藝。對A2O中的缺氧問題進(jìn)行初步研究，結(jié)果表明，和傳統(tǒng)的A2O工藝相比，具有反硝化除磷功能的A2O工藝的污染物去除效率更高。采用52.5 L的A2O反應(yīng)器處理實際污水，研究A2O工藝中的反硝化除磷現(xiàn)象及影響因素。