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厭氧氨氧化原理
厭氧氨氧化是指在厭氧或者缺氧條件下，厭氧氨氧化菌以NO2--N為電子受體，氧化NH3-N為氮氣的生物過程。
很多污水處理工藝的進步是在實踐中觀察到某些現象進而引發后續工藝的研發，如生物除磷工藝。但也有一些技術是在已有理論的基礎上而獲得突破，厭氧氨氧化工藝在某種程度上正是如此。
實現厭氧氨氧化脫氮需要完成兩個過程，*個過程是部分亞硝化，在這個過程中只有大約55%的氨氮需要轉化為亞硝酸鹽氮;第二個過程是厭氧氨氧化反應過程，氨氮在厭氧條件下，被厭氧氨氧化菌氧化，其中*過程中產生的亞硝酸鹽氮作為電子受體。整個過程中，大約89%的無機氮都將被轉化產生氮氣，另外11%的無機氮被轉化為硝酸鹽氮，與傳統硝化反硝化工藝相比，厭氧氨氧化工藝有著巨大的技術優勢，其曝氣能耗只有傳統工藝的55%～60%;該工藝幾乎無需碳源，即使為了去除硝酸鹽產物需要在厭氧氨氧化過程中投加碳源，其投加量也比傳統工藝中碳源投加量低90%;厭氧氨氧化工藝可以減少45%堿度消耗量。同時，厭氧氨氧化工藝的污泥產量也遠低于傳統脫氮工藝，這將顯著降低剩余污泥的處理和處置成本。
2002年，世界上*座厭氧氨氧化工程在荷蘭鹿特丹Dokhaven污水處理廠建成。經過十余年的發展，截止到2014年全世界已有114座厭氧氨氧化工程(包括10座在建的工程和8座正在設計的工程)，其中75%應用于城市污水處理廠。圍繞著該工藝的基本原理，各種厭氧氨氧化工藝得到了蓬勃發展，如DEMON、ANITA Mox、ANAMMOX、DeAmmon、TERRANA、ELAN、Cleargreen等。
主流厭氧氨氧化的挑戰
在側流厭氧氨氧化技術不斷成熟的同時，很多研究者逐漸轉向了主流工藝的應用，因為從目前的認知來看，厭氧氨氧化菌大量存在于自然界，因此并沒有限制它在普通污水處理廠的主流工藝中用來脫氮。但與側流應用不同，主流厭氧氨氧化實現的前提條件明顯不同，主要體現在以下兩個方面。
(1)較低的進水氮濃度。
城市污水處理廠的進水總氮通常在20~75 mg/L，而其側流的濃度一般在800~3 000 mg/L。由于進水氮濃度較低會面臨以下的巨大挑戰：①側流中抑制NOB(亞硝酸鹽氧化菌)的游離氨條件不再存在;②在較低的出水氨氮濃度時(<2 mg/L)，由于生長速率的差異，AOB(氨氧化菌)將難以競爭過NOB。因此，在厭氧氨氧化系統中，如果沒有后續的進一步處理，出水氨氮難以獲得很低的濃度。
(2)較低的進水溫度。
很多污水處理廠主流工藝的水溫在冬天時為10～16℃，夏季時溫度升至24～30 ℃，而側流工藝中溫度相對較高，一般都在32～38 ℃。溫度對主流厭氧氨氧化的挑戰不僅是厭氧氨氧化菌在低溫情況下增長速率較慢，AOB的增長速率也較低。
循環式活性污泥法該工藝的核心為間歇式反應器，在此反應器中按曝氣與不曝氣交替運行，將生物反應過程與泥水分離過程集中在一個池子中完成，屬于SBR工藝的一種變型。
該工藝投資和運行費用低、處理性能高，尤其是優異的脫氮除磷效果，已廣泛應用于城市污水和各種工業廢水的處理中。
1 工作原理
CAST反應池分為生物選擇區、預反應區和主反應區，如圖1所示，運行時按進水-曝氣、沉淀、撇水、出水-閑置完成一個周期，CAST的成功運行可將廢水中的含碳有機物和包括氮、磷的污染物去除，出水總氮濃度小于5mg/L。
1-生物選擇器；2-預反應區；3-主反應區
1)生物選擇器設在池子首部，不設機械攪拌裝置，反應條件在缺氧和厭氧之間變化。生物選擇區有三個功能：a．絮體結構內底物的物理團聚與動力學和代謝選擇同步進行；b．選擇器被隔開，保證初始高絮體負荷，以及酶快速去除溶解底物；c.通過選擇器的設計，還可以創造一個有利于磷釋放的環境，這樣促進聚磷菌的生長。生物選擇區的設置嚴格遵循活性污泥種群組成動力學的有關規律，創造合適的微生物生長條件，從而選擇出絮凝性細菌。活性污泥的絮體負荷S0/X0(即底物濃度和活性微生物濃度的比值)對系統中活性污泥的種群組成有較大的影響，較高的污泥絮體負荷有助于絮凝性細菌的生長和繁殖。CAST工藝中活性污泥不斷地在生物選擇器中經歷高絮體負荷階段，這樣有利于絮凝性細菌的生長，提高污泥活性，并通過酶反應快速去除廢水中的溶解性易降解底物，從而抑制了絲狀細菌的生長和繁殖，避免了污泥膨脹的發生。同時當生物選擇器處于缺氧環境時，回流污泥存在的少量硝酸鹽氮(約為N3-N=20mg/L)可得到反硝化，反硝化量可達整個系統硝化量的20%。當選擇器處于厭氧環境時，磷得以有效地釋放，為生物除磷做準備。
2)預反應區為水力緩沖區，大小與高峰流量有關，若在非曝氣階段，不進水可將其省去。
3)主反應區在可變容積*混合反應條件下運行，完成含碳有機物和包括氮、磷的污染物的去除。運行時通過控制溶解氧的濃度使其從0緩慢上升到2.5mg/L來保證硝化、反硝化以及磷吸收的同步進行。
a．硝化反硝化。同步反硝化意味著在不專門為硝酸鹽的去除設混合裝置或正常缺氧混合程序的條件下，硝化與反硝化同時在同一反應器發生。通常認為在系統中，氮去除機制與在微生物絮體內由于受擴散限制引起的溶解氧(DO))的濃度梯度有關，這樣硝化菌存在于高溶解氧區或正氧化還原點位(OPR)，相反反硝化菌在溶解氧降低區或負氧化還原點位(OPR)下活性十足。CAST工藝運行中控制供氧強度以及混合液溶解氧的濃度使其從0逐漸上升到2.5mg/L左右，這樣使活性污泥絮體的外周保持一個好氧環境進行硝化，由于氧在活性污泥絮體內的傳遞受到限制，而具有較高濃度梯度的硝酸鹽則能較好地滲透到絮體內部有效地進行反硝化。另外，該工藝曝氣與非曝氣交替進行，從而使泥水混合液通過主反應區，順序經過缺氧-好氧-厭氧環境，尤其在非曝氣階段0.5h-1.0h內污泥層以胞內在生物選擇高負荷下儲存或吸收的碳為碳源，進行反硝化，在污泥沉淀過程中也有一定的反硝化作用。
磁混凝工藝技術特點
磁混凝工藝沉淀表面負荷可達20~40m3/m2h;同時具有優良的沉淀效果，可與普通石英砂過濾相媲美。磁混凝工藝的技術特點是：
(1)極短的混凝與沉淀時間，總計HRT<20分鐘，占地面積小;
(2)沉淀出水SS<5mg/L，濁度<1.0NTU;
(3)優異的除磷效果，TP<0.02mg/L;
(4)由于系統內部具有5g/L以上的磁粉，因此耐受流量及固體負荷沖擊;
(5)磁粉損耗低，折合費用0.005元/m3。
主要優點
磁混凝工藝雖然是混凝沉淀工藝，但是SS及TP可以直接達到一級A要求，因此比較適合污水廠SS和TP的一級A提標，同時可去除部分COD和BOD5。除了出水指標SS及TP外，在工程上磁混凝還有如下優點：
(1)磁混凝水頭損失較少，本質上是混凝沉淀工藝，較過濾水頭損失很少，而出水達到過濾的效果。磁混凝最低水位差約0.6m，主要體現在沉淀池出水槽跌水損失。
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