在水处理工程中，氮和磷的去除是实现水质达标、防止水体富营养化的重要环节。随着我国对环境保护要求的不断提高，污水处理厂不仅要满足常规污染物（如COD、BOD）的去除，还需强化对氮磷等营养性污染物的控制。

氮的去除原理与方法

氮在污水中主要以有机氮、氨氮（NH₃-N）、硝态氮（NO₃⁻-N）和亚硝态氮（NO₂⁻-N）等形式存在。去除氮的主要途径包括物理化学法和生物脱氮法，其中以生物脱氮为主流技术。

1. 生物脱氮过程

生物脱氮主要包括硝化和反硝化两个阶段。硝化反应是在好氧条件下，由亚硝酸菌和硝酸菌将氨氮氧化为硝酸盐；反硝化反应则是在缺氧条件下，反硝化菌利用原水中的有机物作为碳源，将硝酸盐还原为氮气释放到空气中，从而实现总氮的有效去除。

为了提高脱氮效率，许多污水处理厂采用A/O工艺（厌氧/好氧）或A²O工艺（厌氧/缺氧/好氧）。A/O工艺主要用于脱氮除磷，而A²O工艺则可同时实现脱氮、除磷和去除有机物。

2. 短程硝化与厌氧氨氧化

近年来，短程硝化（Partial Nitrification）和厌氧氨氧化（Anammox）技术因其节能高效的特点受到广泛关注。短程硝化通过控制运行条件，使氨氮仅被氧化至亚硝酸盐阶段，减少能耗和碱度需求。而厌氧氨氧化则是利用特定微生物，在无氧条件下直接将氨氮与亚硝酸盐转化为氮气，大幅降低曝气量和碳源投加量。

磷的去除原理与方法

磷在污水中通常以正磷酸盐（PO₄³⁻）、聚磷酸盐和有机磷的形式存在。磷的去除方式主要包括生物除磷和化学除磷两大类。

1. 生物除磷

生物除磷依赖于一类被称为聚磷菌（PAOs）的微生物。在厌氧条件下，聚磷菌会释放细胞内的磷酸盐；而在随后的好氧或缺氧条件下，它们会过量吸收环境中的磷酸盐，并将其储存在细胞内形成聚磷酸盐颗粒。通过将富含磷的剩余污泥排出系统，即可实现磷的去除。

典型的生物除磷工艺包括A/O和A²O工艺。此外，还有一种称为SBR（序批式活性污泥法）的运行方式，也可以有效实现周期性的厌氧-好氧交替环境，有利于聚磷菌的选择性生长。

2. 化学除磷

当生物除磷效果不理想或需要达到更高排放标准时，常辅以化学除磷措施。化学除磷主要是通过向水中投加金属盐（如铝盐、铁盐或石灰）形成难溶性的磷酸盐沉淀物，然后通过沉淀或过滤去除。

常用的药剂包括硫酸铝、氯化铁、聚合氯化铝（PAC）等。这些药剂不仅能有效去除溶解性磷酸盐，还能同步去除部分悬浮物和有机物。然而，化学除磷会产生较多的化学污泥，增加后续污泥处理负担，因此需合理控制投加量。

综合脱氮除磷工艺设计

在实际工程中，单一的脱氮或除磷工艺往往难以满足严格的排放标准，因此通常采用综合脱氮除磷工艺，例如：

• A²O工艺：该工艺设置厌氧、缺氧和好氧三段，分别用于释磷、反硝化和硝化及吸磷作用，具有较好的同步脱氮除磷效果。
• UCT工艺：改进型A²O工艺，通过改变污泥回流路径，减少硝酸盐对厌氧释磷的影响，进一步提升除磷效率。
• 改良型Carrousel氧化沟：结合了氧化沟的长水力停留时间和良好的混合特性，适用于中小型污水处理厂，具有良好的脱氮除磷能力。
• MBR（膜生物反应器）工艺：将生物处理与膜分离相结合，出水水质优良，适合高标准排放区域。

影响因素与优化策略

在脱氮除磷过程中，有许多影响因素需要关注，包括进水水质、温度、溶解氧浓度、碳氮磷比例以及污泥龄等。例如，反硝化过程需要充足的碳源支持，若进水碳源不足，则可能需要外加乙酸钠或甲醇等碳源物质；而生物除磷则对厌氧条件和碳源种类较为敏感，需保持适宜的运行参数。

此外，操作管理的精细化也是提高脱氮除磷效率的关键。例如，合理控制曝气系统的DO值，避免过高DO进入缺氧区抑制反硝化；定期监测进出水氮磷浓度，动态调整运行参数和药剂投加量等。

结语

综上所述，氮磷去除是水处理工程中不可或缺的重要组成部分。通过合理的工艺选择、科学的设计与精细的运行管理，可以有效控制氮磷排放，保障水体生态安全。未来，随着新型材料、智能控制系统和高效微生物的应用不断推进，水处理工程在脱氮除磷方面将迈向更高效、更节能的新阶段。