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厌氧氨氧化原理
厌氧氨氧化是指在厌氧或者缺氧条件下，厌氧氨氧化菌以NO2--N为电子受体，氧化NH3-N为氮气的生物过程。
很多污水处理工艺的进步是在实践中观察到某些现象进而引发后续工艺的研发，如生物除磷工艺。但也有一些技术是在已有理论的基础上而获得突破，厌氧氨氧化工艺在某种程度上正是如此。
实现厌氧氨氧化脱氮需要完成两个过程，*个过程是部分亚硝化，在这个过程中只有大约55%的氨氮需要转化为亚硝酸盐氮;第二个过程是厌氧氨氧化反应过程，氨氮在厌氧条件下，被厌氧氨氧化菌氧化，其中*过程中产生的亚硝酸盐氮作为电子受体。整个过程中，大约89%的无机氮都将被转化产生氮气，另外11%的无机氮被转化为硝酸盐氮，与传统硝化反硝化工艺相比，厌氧氨氧化工艺有着巨大的技术优势，其曝气能耗只有传统工艺的55%～60%;该工艺几乎无需碳源，即使为了去除硝酸盐产物需要在厌氧氨氧化过程中投加碳源，其投加量也比传统工艺中碳源投加量低90%;厌氧氨氧化工艺可以减少45%碱度消耗量。同时，厌氧氨氧化工艺的污泥产量也远低于传统脱氮工艺，这将显著降低剩余污泥的处理和处置成本。 2002年，世界上*座厌氧氨氧化工程在荷兰鹿特丹Dokhaven污水处理厂建成。经过十余年的发展，截止到2014年*已有114座厌氧氨氧化工程(包括10座在建的工程和8座正在设计的工程)，其中75%应用于城市污水处理厂。围绕着该工艺的基本原理，各种厌氧氨氧化工艺得到了蓬勃发展，如DEMON、ANITA Mox、ANAMMOX、DeAmmon、TERRANA、ELAN、Cleargreen等。
主流厌氧氨氧化的挑战
在侧流厌氧氨氧化技术不断成熟的同时，很多研究者逐渐转向了主流工艺的应用，因为从目前的认知来看，厌氧氨氧化菌大量存在于自然界，因此并没有限制它在普通污水处理厂的主流工艺中用来脱氮。但与侧流应用不同，主流厌氧氨氧化实现的前提条件明显不同，主要体现在以下两个方面。
(1)较低的进水氮浓度。
城市污水处理厂的进水总氮通常在20~75 mg/L，而其侧流的浓度一般在800~3 000 mg/L。由于进水氮浓度较低会面临以下的巨大挑战：①侧流中抑制NOB(亚硝酸盐氧化菌)的游离氨条件不再存在;②在较低的出水氨氮浓度时(<2 mg/L)，由于生长速率的差异，AOB(氨氧化菌)将难以竞争过NOB。因此，在厌氧氨氧化系统中，如果没有后续的进一步处理，出水氨氮难以获得很低的浓度。
(2)较低的进水温度。
很多污水处理厂主流工艺的水温在冬天时为10～16℃，夏季时温度升至24～30 ℃，而侧流工艺中温度相对较高，一般都在32～38 ℃。温度对主流厌氧氨氧化的挑战不仅是厌氧氨氧化菌在低温情况下增长速率较慢，AOB的增长速率也较低。 循环式活性污泥法该工艺的核心为间歇式反应器，在此反应器中按曝气与不曝气交替运行，将生物反应过程与泥水分离过程集中在一个池子中完成，属于SBR工艺的一种变型。
该工艺投资和运行费用低、处理性能高，尤其是优异的脱氮除磷效果，已广泛应用于城市污水和各种工业废水的处理中。
1 工作原理
CAST反应池分为生物选择区、预反应区和主反应区，如图1所示，运行时按进水-曝气、沉淀、撇水、出水-闲置完成一个周期，CAST的成功运行可将废水中的含碳有机物和包括氮、磷的污染物去除，出水总氮浓度小于5mg/L。
1-生物选择器；2-预反应区；3-主反应区 1)生物选择器设在池子首部，不设机械搅拌装置，反应条件在缺氧和厌氧之间变化。生物选择区有三个功能：a．絮体结构内底物的物理团聚与动力学和代谢选择同步进行；b．选择器被隔开，保证初始高絮体负荷，以及酶快速去除溶解底物；c.通过选择器的设计，还可以创造一个有利于磷释放的环境，这样促进聚磷菌的生长。生物选择区的设置严格遵循活性污泥种群组成动力学的有关规律，创造合适的微生物生长条件，从而选择出絮凝性细菌。活性污泥的絮体负荷S0/X0(即底物浓度和活性微生物浓度的比值)对系统中活性污泥的种群组成有较大的影响，较高的污泥絮体负荷有助于絮凝性细菌的生长和繁殖。CAST工艺中活性污泥不断地在生物选择器中经历高絮体负荷阶段，这样有利于絮凝性细菌的生长，提高污泥活性，并通过酶反应快速去除废水中的溶解性易降解底物，从而抑制了丝状细菌的生长和繁殖，避免了污泥膨胀的发生。同时当生物选择器处于缺氧环境时，回流污泥存在的少量硝酸盐氮(约为N3-N=20mg/L)可得到反硝化，反硝化量可达整个系统硝化量的20%。当选择器处于厌氧环境时，磷得以有效地释放，为生物除磷做准备。
2)预反应区为水力缓冲区，大小与高峰流量有关，若在非曝气阶段，不进水可将其省去。
3)主反应区在可变容积完全混合反应条件下运行，完成含碳有机物和包括氮、磷的污染物的去除。运行时通过控制溶解氧的浓度使其从0缓慢上升到2.5mg/L来保证硝化、反硝化以及磷吸收的同步进行。
a．硝化反硝化。同步反硝化意味着在不专门为硝酸盐的去除设混合装置或正常缺氧混合程序的条件下，硝化与反硝化同时在同一反应器发生。通常认为在系统中，氮去除机制与在微生物絮体内由于受扩散限制引起的溶解氧(DO))的浓度梯度有关，这样硝化菌存在于高溶解氧区或正氧化还原点位(OPR)，相反反硝化菌在溶解氧降低区或负氧化还原点位(OPR)下活性十足。CAST工艺运行中控制供氧强度以及混合液溶解氧的浓度使其从0逐渐上升到2.5mg/L左右，这样使活性污泥絮体的外周保持一个好氧环境进行硝化，由于氧在活性污泥絮体内的传递受到限制，而具有较高浓度梯度的硝酸盐则能较好地渗透到絮体内部有效地进行反硝化。另外，该工艺曝气与非曝气交替进行，从而使泥水混合液通过主反应区，顺序经过缺氧-好氧-厌氧环境，尤其在非曝气阶段0.5h-1.0h内污泥层以胞内在生物选择高负荷下储存或吸收的碳为碳源，进行反硝化，在污泥沉淀过程中也有一定的反硝化作用。 磁混凝工艺技术特点
磁混凝工艺沉淀表面负荷可达20~40m3/m2h;同时具有优良的沉淀效果，可与普通石英砂过滤相媲美。磁混凝工艺的技术特点是：
(1)极短的混凝与沉淀时间，总计HRT<20分钟，占地面积小;
(2)沉淀出水SS<5mg/L，浊度<1.0NTU;
(3)优异的除磷效果，TP<0.02mg/L;
(4)由于系统内部具有5g/L以上的磁粉，因此耐受流量及固体负荷冲击;
(5)磁粉损耗低，折合费用0.005元/m3。
主要优点
磁混凝工艺虽然是混凝沉淀工艺，但是SS及TP可以直接达到一级A要求，因此比较适合污水厂SS和TP的一级A提标，同时可去除部分COD和BOD5。除了出水指标SS及TP外，在工程上磁混凝还有如下优点：
(1)磁混凝水头损失较少，本质上是混凝沉淀工艺，较过滤水头损失很少，而出水达到过滤的效果。磁混凝低水位差约0.6m，主要体现在沉淀池出水槽跌水损失。 | 
