近年来，随着国民经济的迅速发展，污水排放总量也不断增加，以及各种合成洗涤剂、化肥和农药的广泛使用，氮、磷营养物质引起的水体富营养化问题日益突出，不但给水体环境造成各种严重危害，而且也造成了巨大经济损失。为了防治日益严重的氮磷污染及水体富营养化问题，我国现行污水排放标准（GB8978-1996）对二级城市污水处理厂出水的氮磷指标提出了较严格的要求[47]。 污水生物脱氮的基本原理是在传统二级生物处理中，将有机氮转化为氨氮的基础上，通过硝化菌的作用，将氨氮转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化菌的作用，将硝态氮转化为氮气，从而达到脱氮的目的。污水生物除磷的基本原理是利用聚磷菌在厌氧条件下释放磷，在好氧条件下能够过量地从外部环境摄取磷，并将磷以聚合的形态贮藏在菌体内，形成高磷污泥，排出系统外，达到从污水中除磷的效果。根据传统脱氮理论的思想，氨化→硝化→反硝化在传统的脱氮工艺中，硝化和反硝化这两个过程不是在空间上分开就是在时间上分开，属于前者的典型工艺是A/O、A2O，属于后者的典型工艺是SBR及其变法工艺。在这些工艺中，由于功能不同的微生物是在同一系统中混合生长的，尤其是世代时间长的硝化菌与其他细菌的混合生长，导致不可避免地存在着硝化菌、反硝化菌与聚磷菌之间泥龄的不协调。作为硝化过程的主体，硝化菌通常都属于自养型专性好氧菌，这类微生物的一个突出特点是繁殖速度慢，世代时间较长。冬季可长达30d以上，即使在夏季，在泥龄小于5d的活性污泥法中硝化作用也十分微弱。聚磷菌多为短世代微生物，在Rensink的研究成果中指出[48]，降低泥龄将会提高系统的除磷效率。同时，硝化需要长泥龄和好氧条件，反硝化则需要短泥龄和缺氧条件，释磷需要短泥龄和厌氧条件，吸磷则需要好氧条件。鉴于我国污水处理的现状，急需研究、开发一种适合我国国情，处理性能好并投资省、运行费用低、氮磷去除率高的污水处理工艺。在充分借鉴国内外现有脱氮除磷工艺的基础上，将循环活性污泥法与生物膜法进行有机地结合，确立了<WP=52>循环活性污泥生物膜（CAS-BT）反应器脱氮除磷研究课题。循环活性污泥生物膜反应器由生物选择器和复合生物反应区构成，复合反应区的填料为自制加工，选用聚丙烯多孔外壳，内装泡沫塑料。复合反应区底部设置环形曝气管路和排泥管，采用重力人工排泥。复合反应区混合液，由底部穿孔回流管经回流泵回流进入生物选择区液面以下与进水混合。反应器中的悬浮填料为硝化菌和反硝化菌的生长提供了条件。根据传质规律，填料中的生物膜自表面至内部存在氧的浓度梯度，因此为在同一反应器中进行硝化、反硝化创造了有利条件。由于硝化菌可栖息于填料表面不参与污泥回流，故能解决脱氮除磷工艺的泥龄矛盾。经过半年多的试验运行，考察了进出水有机物、总氮、总磷、pH 值等指标及单个运行周期不同历时的有机物、TN、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总磷、pH 值、MLSS、SVI等指标。在有机物去除研究中，进水COD浓度在1161.48～5781.4mg/L，有机物负荷为0.4686～4.4387Kg/(m3·d)，出水COD浓度在28.48～197.53mg/L之间，COD去除率为91.88%～98.99%。进出水COD变化的试验结果表明，CAS-BT反应器对进水COD及其负荷变化具有较强适应能力，并且均能保持较高的去除率，COD负荷在4.5Kg/m3-d以内时，出水COD浓度均可达到一级排放标准。在脱氮试验研究中，随时间进程进水总氮浓度从96.56mg/L增至215.13mg/L，发现随着试验进程亚硝酸盐氮逐日增加，至43天达到最大值，但硝酸盐氮始终处于很低的水平，此时总氮去除率为61.2%。然后亚硝酸盐氮逐渐降低，至26天后降至最低，此时进水总氮浓度为189.4mg/L，出水总氮为1.13mg/L，其去除率为99.4%，系统脱氮运行非常稳定。脱氮试验研究结果表明，CAS-BT反应器脱氮达到稳定能力，经历两个阶段，第一阶段是亚硝化微生物增长及其达到优势硝化微生物过程，第二阶段是反硝化微生物增长及其累积达到优势反硝化微生物的过程，最终实现亚硝化型同时硝化反硝化。 <WP=53>在除磷试验研究中，分两个阶段进行。第一阶段进水磷的浓度在15mg/L左右，共34天。随着试验进程，磷的去除率逐渐增加，说明聚磷微生物得到增殖，经过一个月的时间除磷效率达到最大值，此时总磷的去除率达到98.17%。第二阶段进水磷的浓度提高到25mg/L左右，出水磷的浓度立即升高，经过约20天的时间，出水磷的浓度达到最大值，然后磷的浓度开始下降，经过约30天的时间除磷效率达到最大值，此时进水总磷为28.13mg/L，进水结束时总磷为12.40mg/L，反应结束时总磷为0.68mg/L，生物选择区总磷为28.32mg/L，总磷的去除率为97.58%，剩余污泥中含磷量为6.72%。除磷试验研究结果表明，聚磷微生物的数量与进磷浓度有关，原水中含磷量越高聚磷微生物数量越多，聚磷菌的增长缓慢，其增殖至系统除磷稳定，经历了近70天的时间。生物选择区的释磷和复合反应区的吸磷非常明显。本课题的主要特色：1．在CAS-BT反应器中，实现亚硝化型同时硝化反硝化脱氮2．在CAS-BT反应器中，实现了有机物、氮、磷的同时高效去除3．初步揭示了CAS-BT反应器的