生物脱氮除磷之父亲自讲解BNR技术的新进展
【中国环保在线技术前沿】利用天然微生物的方法实现污水脱氮除磷是BNR技术创新的灵感源泉，目前BNR技术在实际应用中也取得了可喜的进展，未来该技术或将改变目前磷回收的现状，扭转磷供应下滑的危机。
詹姆斯博士是2007年美国水资源奖和2011年新加坡李光耀水资源奖获得者，他从1970年代起从事污水处理研究，参与各地再生水厂的设计、咨询工作，从未停下探索生物脱氮除磷的脚步，他所研发的营养物去除工艺在全球多家污水厂得到应用，被誉为生物脱氮除磷之父。
“随着人们对废水处理生化原理认识的不断深入，我们可以设计一套可靠的系统来实现高标准的出水：生物反硝化可使出水TN降至3mg/L以下，生物除磷可使出水正磷酸盐降至0.1mg/L以下，与化学除磷相结合可低至0.01mg/L。”---James
虽然已经年过八十，但 James 博士依然工作积极，在各大水处理会议上经常能看到他的身影。2017 年 6 月，总部位于丹佛的水研究基金会（Water）（该基金会后于 2017 年 10 月宣布与美国水环境研究基金会 WERF 合并）主办了一场区域研讨会，总结了废水处理生物营养物去除（BNR）领域的新进展。整个研讨会由咨询公司 Black & 的技术从业者 James 博士主讲。本期，我们将与大家分享 James 博士报告的原始视频。
生物脱氮除磷之父
20世纪70年代，博士构思出利用天然微生物的方法去除污水中的氮和磷，以解决当时南非和干旱的纳米比亚的水质问题，并由此开创了BNR工艺技术。博士最初想成为一名结构工程师，但因为参与了约翰内斯堡附近的一个污水厂项目，这个出生在南非的年轻人决定投身污水处理行业。
在20世纪中叶生物再生技术出现之前，污水处理厂已经成功地利用生物方法去除有机污染物、氨氮、悬浮物和病原体。然而，氮和磷等营养物质只能使用化学方法去除，这会导致水体富营养化等问题，并对水生态产生不利影响。在德克萨斯大学奥斯汀分校和田纳西大学获得环境工程和水资源硕士和博士学位后，博士回到了他的祖国南非。由于藻类大量繁殖，水资源短缺和水质差已经是该地区的严重问题。传统的化学处理方法成本高昂，而且会产生大量仍需处理的污泥。作为比勒陀利亚国家水研究所的研究员，博士开始考虑如何利用微生物的生物方法去除氮和磷。
到 1972 年，他已经开发出一种四级反硝化工艺，去除率高达 92%，无需添加化学品。随后的三个月里，他说服约翰内斯堡政府将他的新反硝化工艺应用于新污水处理厂的设计。两年后，即 1974 年，博士开发了最早的增强生物除磷工艺 (EBPR)。
通过不断的研究和验证，包括小规模实验和大规模全尺寸项目，博士最终发明了一种可以同时去除氮和磷的工艺，也就是众所周知的BNR工艺。在过去的40年中，他不断调整和改进BNR技术以适应世界各地不同的气候、环境约束和基础设施条件。这使得BNR工艺得到了广泛的推广和普及，案例遍布全球数千个污水处理厂，包括美国、欧洲、加拿大、澳大利亚、新西兰、中国、巴西等。BNR被广泛视为现代污水处理的重要创新之一。
其实早在2006年，在美国水处理技术展览会（）上，王博士就发表了一篇题为《我们曾经在哪里，我们要去哪里？》的综述论文。在随后的十年间，污水处理行业取得了飞速的发展，包括厌氧颗粒污泥技术的普及，厌氧氨氧化、好氧颗粒污泥等新工艺的出现。王博士在丹佛研讨会上的BNR综述报告中也涵盖了这些“新东西”，他的演讲不仅是对BNR知识精髓的总结，还涵盖了厌氧氨氧化、好氧颗粒污泥、新兴污染物生物处理等新技术。
活性污泥
王博士回顾了活性污泥和BNR的理论基础，包括HRT、SRT、硝化和反硝化等概念。
生物除磷
Dr. 阐述了化学除磷的缺点，随后介绍了生物除磷的概念以及生物除磷策略的历史演变。他还提到，在更深的厌氧条件下，由于细菌也会吸收磷，因此可以增强除磷效果。污水收集系统中的发酵程度各不相同，取决于特定地区的气候。许多污水处理厂都尝试了原位发酵的策略。
MBR膜生物反应器
MBR膜生物反应器在BNR领域的应用是近年来污水处理行业的重要创新，MBR将膜技术融入到活性污泥工艺中，以达到更优的出水效果。
磷回收
磷是一种有限资源，其回收十分重要，王博士举例说明了加拿大企业如何通过鸟粪石沉淀技术等方法实现磷的完全回收（点击链接查看相关过往推送）。
颗粒活性污泥
常规活性污泥法操作形成的絮体为“松散”状，颗粒活性污泥法操作形成的絮体为颗粒状，沉降性能更佳，可提高除磷效率。
厌氧氨氧化
细菌能将氨氮和亚硝酸氮结合，将其转化为氮气。这一过程节省能源，占用空间更小。
新兴污染物的生物处理
废水中常见的许多致癌物质、个人护理产品和药物都可以通过生物方法处理。SRT 是降解这些化合物的关键操作参数。
BNR 的未来
博士曾在接受WERF(美国水环境研究基金会)采访时表示，随着人们对废水处理生化原理认识的不断深入，我们可以设计一套可靠的系统，实现高标准的出水：生物反硝化可使出水的TN降低至3mg/L以下，生物除磷可使出水的正磷酸盐降低至0.1mg/L以下，与化学除磷相结合则可低至0.01mg/L。
除了占地面积更小、效率更高的先天优势外，王博士认为，膜辅助BNR污水厂还将受益于大量的膜性能优化研究，因为膜具有优异的固液分离性能。
王博士将磷比作“生命的电池”，他担心全球磷储量有限导致磷肥价格一涨再涨，他认为生物还原工艺有助于扭转磷供应危机，因为磷回收是生物还原工艺的副产品，生物过程中吸收的磷和镁可以鸟粪石形式转化为肥料。
他兴奋地说，随着我们对微生物世界的了解越来越多，并发现新的微生物（如细菌），我们将能够更好地利用自然来改善我们生活的环境。