废水厌氧生物处理技术到目前为止已经取得了很大的进展，已开发出了很多种类的厌氧反应器，常见厌氧反应器包括厌氧接触工艺、厌氧滤池工艺、厌氧流化床工艺、厌氧折流式反应器、上流式厌氧滤泥床反应器、膨胀颗粒污泥床反应器、内循环厌氧反应器、两相厌氧消化工艺，以及厌氧生物转盘等。
废水脱氮除磷技术
随着工农业生产的高速发展和人们生活水平的不断提高，近年来水体营养化问题日趋严重。据全国26个主要湖泊水库富营养的调查表明：贫营养的1个，中营养的9个，富营养的16个，在16个富营养化湖泊中有6个的总氮、总磷的负荷量极高，已进入异常营养型阶段。同时，我国沿海赤湖发生的次数和面积也逐年增加，每年都给当地的工农业生产带来相当大的损失。自20世纪70年代以来，世界各国都认识到控制水中的氮磷是限制藻类生长，遏制水体营养化的重要因素，开展了脱氮除磷机理及工艺的研究。我国从20世纪80年代初开始，也进行了大量这方面的研究，其中有的已进入规模应用，并取得了满意的效果。随着我国1998年1月1日实施的污水综合排放标准对氮磷处理提出了更高的要求，废水脱氮除磷技术在我国的发展前景将更加广阔。
生物脱氮
(1）生物脱氮的基本原理
生物脱氮法从反应类型分类，可分为氨的硝化作用和硝酸（或亚硝酸）的反硝化作用两种。硝化作用以氨为电子供体，以分子氧为电子受体，使氮从负三价（ NH +）转变为正三价（NO2）和（NO3)。但硝化作用下只是改变了氮在水中的化合态，并没有降低水中氮的含量，这对于防止水体富养化，并没有解决根本问题。反硝化作用则是以硝酸盐为电子受体，以其他有机物（碳源）为电子供体，使硝酸盐中的氮逐渐从正五价降到零价，形成气态氮（N2和N2O）从废水中释放出来。
(2）生物硝化作用
硝化反应包括两个步骤，第一步由亚硝酸细菌将氨氮转化为亚硝酸盐（NO7)，第二步由硝酸细菌进一步将亚硝酸盐氧化成硝酸盐（NO7)。这两类细菌统称为硝化细菌，它们利用无机碳化物 CO 、HCO3和CO2作为碳源，从NH2、 NH 或 NO ？的氧化反应中获取能量。
(3）生物反硝化作用
反硝化作用是指在无氧或低氧条件下，硝酸态氮、亚硝酸态氮被微生物还原转化为分子态氮（N2）的过程。参与这一作用的微生物是反硝化细菌，这是一类异养分型的兼性厌氧细菌，如变形杆菌（ Protens )、假单胞菌（ Pseudomonas )、小球菌（ Micrococcus )、芽孢杆菌（ Bacillus )、无色杆菌（ Achromobacter )、嗜气杆菌（ Aerobacter )、产碱杆菌（ Alcali - genes )。它们在缺氧的条件下，利用有机碳源为电子供体，NO3- N 作为电子受体，在降解有机物的同时进行反硝化作用，其反应过程可表式为：
NO2+3H（电子供体）→1/2N2+H2O+ OH -
GO3+4H（电子供体）→1/2N2+H2O+ OH -
目前公认的从 NO 。还原为N2的过程为：
NO →NO2→ NO →N2O→N2
进行生物脱氮作用，必须具备以下几个条件： a ．存在 NO 或NO2; b ．不含溶解氧； c ．存在兼性细菌菌群； d ．适宜和适量的电子供体。
(4）短程硝化﹣反硝化生物脱氮
早在1975年 Voet 就发现在硝化过程中HNO2积累的现象并首次提出了短程硝化﹣反硝化生物脱氮（ Shortcut nitrification - denitrification ，也可称为力完全或称简捷硝化﹣反应硝化生物脱氮），随后国内外许多学者对此进行了试验研究。这种方法就是将硝化过程控制在HNO2阶段而终止，随后进行反硝化。
短程生物脱氮具有以下特点：对于活性污泥法，可节省氧供应量约25%，降低能耗；节省反硝化所需碳源40%，在 C / N 比一定的情况下提出 TN 去除率；减少污泥生成量可达50%；减少投碱量；缩短反应时间，相应反应器容积减少。因此这一方法受到了人们的关注。
(5）厌氧氨氧化（ Anaerobic Ammonia Oxidation )
在氮素污染物的控制中，目前国内外主要采用生物脱氮技术，研究的热点集中在如何改进传统的硝化﹣反硝化工艺。从微生物学的角度看，硝化和反硝化是两个相互对立的生化反应，前者借助硝化细菌的作用，将氨氧化为硝酸，需要氧的有效供给；而后者则是一个厌氧反应，只有在无氧条件下，反硝化细菌才能把硝酸还原为氮气。此外，在环境中存在有机时，自养型硝化细菌对氧和营养物质的竞争能力劣于异养型微生物，其生长速度很容易被养型生物超过，并因此而难以在硝化中发挥应有的作用：但要使反硝化反应顺利进行，则心须为反硝化细菌提供合适的电子供体（通常为有机物如甲醇等）。1990年，荷兰 Delft 技大学 Kluyver 生物技术实验室开发出 ANAMMOX 工艺（ Anaerobic Ammonia Oxidation )即在厌氧条件下，以 NO 。为电子受体，将氨转化为N2。最近研究表明，NO2是一个关键的电子受体。由于该菌是自养菌，因此不需要添加有机物来维持反硝化。实验研究发现：氧反应器中 NH ，浓度的降低与 NO 。的去除存在一定的比例关系。
这一重大的新发现为改进传统的生物脱氮技术提供了理论依据。若能开发利用厌氧氨氧百分比进行生物脱氮，不仅可以大幅度地降低硝化反应的充氧能耗，免去反硝化反应的外源电子供体，而且还可改善硝化反应产酸，反硝化反应产碱而均需中和的状况。其中后两项对控制化学试剂消耗，防止可能出现的二次污染具有重要作用。
2 生物除磷
生物除磷主要由一类统称为聚磷细菌的微生物完成。该类微生物均属异养型细菌，现已报道的种类包括：不动杆菌属、假单胞菌属、气单胞菌属、棒杆菌属、肠杆菌属、着色菌属、脱氮微球菌属等。上述细菌也存在于传统的活性污泥系统中，而传统活性污泥法之所以不能有效除磷，可能是其生长条件无法诱导这些微生物过度吸磷的缘故。
在厌氧条件下，聚磷菌把细菌中的聚磷水解为下磷酸盐（ PO ）释放胞外，并从中获取能量，利用污水中易降解的 COD 如挥发性脂肪酸（ VFA )，合成贮藏物聚3﹣羟丁酸( PHB ）等贮于胞内。
聚磷菌厌氧释磷的程度与基质类型关系很大，当基质为甲酸、乙酸、丙酸等挥发性脂肪酸时，释磷迅速而彻底，基质为非挥发性脂肪酸时，释磷则十分缓慢，且总释磷量也很小。有观点认为，聚磷菌一般可直接利用的是第一类基质﹣﹣挥发性脂肪酸，其他基质则需转化为第一类基质后才能被利用。
从以往的研究大体可给出这样一个生化模型；废水中的有机物进入厌氧区后，在发酵性产酸菌的作用下转化成乙酸。聚磷菌在厌氧的不利条件下（压抑条件），可将贮积在菌体内的聚磷分解。在此过程中释放出的能量可供聚磷菌在厌氧压抑环境下存活之用；另一部分能量可供聚磷菌主动吸收乙酸、 H +和 e -。使之以 PHB 形式贮藏在菌体内，并使发酵产酸过程得以继续进行。聚磷分解后的无机磷盐释放至聚磷菌体外，此即观察到的聚磷细菌厌氧放磷现象。进入好氧区后，聚磷菌即可将积贮的 PHB 好氧分解，释放出的大量能量可供聚磷菌的生长、繁殖。当环境中的有溶磷存在时，一部分能量可供聚磷菌主动吸收磷酸盐，并以聚磷的形式贮积在体内，此即为聚磷菌的好氧磷现象。
由于水体富营养化是一个严重的长期问题，而我国对生物脱氮除磷的研究仅始于20世纪70~80年代，目前进行了脱氮除磷处理的污水处理厂并不多。因此，为了控制水污染，保护水环境，保障人体健康，维护生态平衡，开发经济有效，能同时脱氮除磷的适合我国国情的工艺尤为重要。由于生物法运行费用较低，效果稳定，综合处理能力强，因此生物脱氮除磷工艺在我国将有很大的应用前景。
