1914年，Arden和Lockett發(fā)明了活性污泥法，從那時起污水處理技術(shù)的面貌便煥然一新，現(xiàn)代污水處理技術(shù)大廈的基石就此建立。Arden和Lockett在早期研究活性污泥法時便注意到了硝化的現(xiàn)象，并試圖回收污水中的氨，但并不成功。今天，世界各地污水處理廠的運(yùn)行過程中經(jīng)常會遇到二沉池反硝化浮泥的現(xiàn)象，70多年前Sawyer對此進(jìn)行了深入的研究。所有這些現(xiàn)象為硝化理論的建立鋪平了道路。1964年英國水污染中心的Downing建立起硝化理論的基本法則，Downing的研究結(jié)果顯示，硝化過程依賴于自養(yǎng)硝化菌的最大比增長速率，該速率低于異養(yǎng)菌的比增長速率，運(yùn)行的泥齡需要足夠長，以防止硝化菌的流失。

20世紀(jì)50年代，世界各地的水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象促使研究者對脫氮除磷產(chǎn)生了濃厚的興趣。1962年，瑞士人Wuhrmann提出在硝化系統(tǒng)之后緊接著一個反硝化系統(tǒng)的工藝構(gòu)型，這種工藝構(gòu)型是在高負(fù)荷活性污泥系統(tǒng)中，利用內(nèi)部存儲的碳源進(jìn)行后置反硝化。為了獲得較高的脫氮效率，需要在后置的缺氧區(qū)投加碳源。另外，在后置缺氧區(qū)中內(nèi)源呼吸會導(dǎo)致氨氮的釋放，從而影響出水水質(zhì)。

也是在1962年，Ludzack和Egginger提出了“半好氧活性污泥法”的工藝，如下圖所示，該工藝是一個集成的反應(yīng)器，在反應(yīng)器中有一個沉淀的部分，沉淀后的污泥回到好氧區(qū)，同時硝化后的混合液通過曝氣的作用返回到前部的“半好氧區(qū)”，對于COD較低濃度的污水，脫氮的效果令人失望，主要原因是好氧區(qū)返回的大量DO影響了工藝的性能。

還是在1962年，年輕的Perry McCarty來到了斯坦福大學(xué)，7年之后他提出了在厭氧濾池中投加CH3OH進(jìn)行反硝化的想法，并在加州圣華金谷地區(qū)排水系統(tǒng)中進(jìn)行了實(shí)踐，McCarty的研究實(shí)際上成為后來反硝化濾池的早期實(shí)踐。

通過深入詳細(xì)的試驗(yàn)，McCarty建立起了甲醇用于反硝化的投加量計(jì)算公式，這一公式今天仍被廣泛使用。

Cm=2.47N0+1.53N1+0.87D0

Cm：甲醇的投加量，mg/L

N0：起始的NO3-N濃度，mg/L

N1：起始NO2-N濃度，mg/L

D0：起始的DO濃度，mg/L

上世紀(jì)70年代初，一代大師Eckenfelder和Balakrishnan合作提出用接觸穩(wěn)定工藝儲存的碳源來進(jìn)行反硝化，首先污水中的有機(jī)物與微生物接觸吸附，然后進(jìn)入第一個沉淀池進(jìn)行沉淀，沉淀之后的污泥進(jìn)入一個非曝氣的完全混合接觸區(qū)，利用吸附的有機(jī)物進(jìn)行反硝化，沉淀之后的污水進(jìn)入一個好氧硝化池。通過這種方式實(shí)現(xiàn)了85%的脫氮效果，但是由于第一個沉淀池中的一部分入流進(jìn)入接觸池會導(dǎo)致出水氨氮不能達(dá)到很低的濃度。

上述的這些研究，人們極力想找到一種可靠、廉價的脫氮方式，但始終沒有找到一種性價比很高的工藝。當(dāng)時在Eckenfelder的門下有個來自南非的學(xué)生叫James Barnard，當(dāng)時他正在美國讀書，他目睹了Eckenfelder的研究。1971年，James Barnard告別了老師回到了故鄉(xiāng)南非。

James Barnard接受了McCarty采用厭氧濾池去除N03-N的想法，與McCarty不同的是，Barnard嘗試想盡量采用原污水中的碳源進(jìn)行脫氮。他采用的試驗(yàn)工藝路線還是Balakrishnan-Eckenfelder的工藝，但做了一些改進(jìn)，Barnard將硝化后的混合液回流到穩(wěn)定池進(jìn)行反硝化，這樣就正好利用上了原污水中的碳源，由于從接觸池之后的沉淀池的底流有一部分直接進(jìn)入穩(wěn)定池后會有一部分氨氮直接穿出系統(tǒng)，因此在后續(xù)的環(huán)節(jié)中又加入了硝化工藝和反硝化單元（“厭氧濾池”），投加CH3OH進(jìn)行反硝化，同時也省掉了最后的沉淀池。該工藝后來發(fā)展成為A/O脫氮工藝。

上述的工藝構(gòu)型看起來頗為復(fù)雜，由于上述工藝的核心思想是將硝化后的出水回流到前端進(jìn)行反硝化，因此James Barnard又進(jìn)行了一個更為簡潔的工藝試驗(yàn)，這次試驗(yàn)是將厭氧在前、好氧在后，用較大的污泥回流比（200%~400%）進(jìn)行回流，如圖1所示。

上述試驗(yàn)獲得了大概70%的脫氮率，但沉淀池出現(xiàn)的反硝化浮泥現(xiàn)象令James Barnard并不滿意，結(jié)合之前的改良Balakrishnan-Eckenfelder工藝思路，他又在好氧區(qū)之后又加了一段“厭氧區(qū)”（現(xiàn)在實(shí)際上稱為缺氧區(qū)），大比例的污泥回流被第一好氧區(qū)末端的混合液回流所替代，同時最后一個小的好氧區(qū)用于吹脫氮?dú)夂徒到狻皡捬鯀^(qū)”釋放的氨氮，保證水質(zhì)。至此，經(jīng)典的Bardenpho污水處理脫氮工藝就此形成。在Bardenpho工藝的基礎(chǔ)上，A2/O、5段Bardenpho等各種工藝陸續(xù)出現(xiàn)。

編輯：趙凡