現在城市污水處理有兩大難題。第一污水脫氮除磷難。第二污水處理廠的優化和節能降耗。因為城市污水運營費用非常高，節能降耗是永恒的主題。另外隨著中國污水處理率的提高，黑臭水體的解決，氮磷超標排放日益嚴重，導致風險化日益普遍。風險化成為全球性的水污染問題。可以說脫氮除磷成為當今污水處理領域的重大問題，特別是城市污水。
隨著我國污水處理不斷提高，消除黑臭水體解決，由水體富營養問題日益嚴重。我們可以看到盡管是2015年的指標數據，現在也是這樣，我國重要大型湖泊水庫面臨非常嚴重的富營養化，至今沒有得到解決。中國污水處理廠主要矛盾從有機物去除轉到氮磷污染物的去除，特別是氮磷去除普遍不高，成為當今污水處理廠亟待解決的主要矛盾。
這是2002年頒布的標準，比較難以達標是總氮，還有總磷。主要圍繞氮磷沒有達標。我們看看澳大利亞，他們標準比我們還要嚴，總氮的標準是10，達標率90%不行，總氮小于10%，達標率90%不行，還要保證總氮小于5%，概率至少保證50%。非常嚴格的控制。
我們國家水污染中脫氮除磷存在的問題。我國大多數的污水處理廠都沒有達到一級A的排放標準，其中瓶頸問題是總氮沒有達標。我國的污水處理標準過嚴了，不是這樣，達到一級A的標準，仍然遏制不了富營養化的蔓延。我國應該針對敏感水環境區域制定更加嚴格的標準。太湖、環渤海周邊等要制定嚴于國家一級A標準的排放。
還有另外一種情況，有些地區流域真沒有必要到一級A的標準。臺灣不用搞脫氮除磷，臺灣周邊是公海，排點氮磷往海里一放，給海里增加到富營養化物質。黑龍江往往沒有必要脫氮除磷。還有一些區域實際上也沒有富營養化，從來沒有聽說特別大的河流有富營養化的問題。富營養化有幾個條件，氮磷、溫度、陽光、擾動，因此標準該嚴的嚴，該松的松。
下面是比較具體，第二個問題傳統污水生物處理工藝和問題。從全世界來看，在兩個世紀有固體沉淀，處理城市污水的懸浮物，上世紀20年代初，我記得上學到上海參加污水處理廠特別驚訝，20年代在上海建立一個活性污泥法污水處理廠。上世紀70、80年代，全世界脫氮除磷，富營養化在全世界爆發了。隨著BOD、脫氮除磷，使污水處理工藝越來越復雜，帶來很多技術問題，處理工程，包括機械儀表處理問題。脫氮除磷的問題納入處理流程之外，提出了非常多的科學問題。
再看看脫氮除磷的大問題，污水除磷可以通過生物除磷和化學除磷。污水脫氮，只有生物脫氮才是最經濟有效的，而且對于城市污水來講是唯一的，不僅是經濟有效而且是唯一的方法，到現在還沒有聽說哪個城市污水處理廠不用生物脫氮。原因是什么？混凝沉淀不能去除微濾、納濾口徑，區別不了水分子大小，只有反滲透才能區別水分子大小。反滲透處理是中水，對于城市污水處理來講生物脫氮是唯一選擇的。
城市污水總氮代表是關鍵難點。
生物脫氮反兩步，第一個硝化，第二個反硝化。一個電子供體，一個是電子受體，水中氨氮和有機氮從污水處理分離出來完成脫氮的問題，一個需要氧氣，一個需要有機碳源，這是關鍵點。
生物除磷，有除磷微生物和菌，沒有氧的條件下，把磷從細胞中釋放出來，可以使水中磷從3每升毫克達到幾十毫克，在耗氧和曝氣過程中，把水中磷聚集在細胞中，攝取磷，而且是過量的，把含有磷的污泥排除污水處理系統就完成了處理，就是這樣簡單。
這是我們用的工藝AN/O除磷工藝，釋放出磷，然后曝氣、好氧，然后沉淀池，然后處理水。還有反硝化反應器缺氧然后到硝化反應器好氧，然后到沉淀池，到處理水。這個兩個結合起來既除磷又脫氮，厭氧、缺氧和好氧。對小型的污水處理廠應用廣泛的是序批式活性污泥法，小于5萬噸的經常用這樣一種工藝。
我們看到什么問題，無論對A/O都存在這樣的問題。缺氧，有機物進來這個是氨氮，缺氧池沒有變化，在好氧池，此消彼漲形成硝態氮，用有機物還原硝態氮。回流中的硝階氮和出水的硝階氮相同，因為他們都來源于這個地方，就是說出水和回流污泥和剩余污泥中硝階氮、氨氮、總氨是一樣的，這種工藝很難徹底深度的脫氮。
