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生物脫氮的基本原理是在將有機氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮的基礎(chǔ)上，先利用好氧段經(jīng)硝化作用，由硝化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌的協(xié)同作用，將氨氮通過反硝化作用轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮，即將NH3轉(zhuǎn)化為NO2--N和NO3--N。在缺氧條件下通過反硝化作用，以硝酸鹽氮為電子受體，以有機物為電子供體進行厭氧呼吸，并有外加碳源提供能量，將硝氮轉(zhuǎn)化為氮氣，即，將NO2--N（經(jīng)反亞硝化）和NO3--N（經(jīng)反硝化）還原為氮氣，溢出水面釋放到大氣，參與自然界氮的循環(huán)。水中含氮物質(zhì)大量減少，降低出水的潛在危險性，達到從廢水中脫氮的目的。
由此可見，生物脫氮系統(tǒng)中硝化與反硝化反應(yīng)需要具備如下條件： 硝化階段：足夠的溶解氧(DO)值在2mg/L以上，合適的溫度，最好20℃,不低于10℃，足夠長的污泥泥齡，合適的pH條件。 反硝化階段：硝酸鹽的存在，缺氧條件(DO)值在0.5mg/L左右，充足的碳源(能源)，合適的pH條件。 通過上述原理，可組成缺氧與好氧池，即所謂A/O系統(tǒng)。
AO工藝法也叫厭氧-好氧工藝法，A(Anacrobic)是厭氧段，用與脫氮除磷；O(Oxic)是好氧段，用于除水中的有機物。
A/O法生物去除氨氮原理：污水中的氨氮，在充氧的條件下（O段），被硝化菌硝化為硝態(tài)氮，大量硝態(tài)氮回流至A段，在缺氧條件下，通過兼性厭氧反硝化菌作用，以污水中有機物作為電子供體，硝態(tài)氮作為電子受體，使硝態(tài)氮波還原為無污染的氮氣，逸入大氣從而達到最終脫氮的自的。
硝化反應(yīng)：
NH4+＋2O2→NO3-＋2H++H2O
反硝化反應(yīng)：
6NO3-＋5CH3OH（有機物）→5CO2↑＋7H2O+6OH-+3N2↑
A/O工藝將前段缺氧段和后段好氧段串聯(lián)在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=2～4mg/L。在缺氧段異養(yǎng)菌將污水中的淀粉、纖維、碳水化合物等懸浮污染物和可溶性有機物水解為有機酸，使大分子有機物分解為小分子有機物，不溶性的有機物轉(zhuǎn)化成可溶性有機物，當(dāng)這些經(jīng)缺氧水解的產(chǎn)物進入好氧池進行好氧處理時，提高污水的可生化性，提高氧的效率；在缺氧段異養(yǎng)菌將蛋白質(zhì)、脂肪等污染物進行氨化（有機鏈上的N或氨基酸中的氨基）游離出氨（NH3、NH4+），在充足供氧條件下，自養(yǎng)菌的硝化作用將NH3-N（NH4+）氧化為NO3-，通過回流控制返回至A池，在缺氧條件下，異氧菌的反硝化作用將NO3-還原為分子態(tài)氮（N2）完成C、N、O在生態(tài)中的循環(huán)，實現(xiàn)污水無害化處理。
A/O法脫氮工藝的特點：
（a）流程簡單，勿需外加碳源與后曝氣池，以原污水為碳源，建設(shè)和運行費用較低；
（b）反硝化在前，硝化在后，設(shè)內(nèi)循環(huán)，以原污水中的有機底物作為碳源，效果好，反硝化反應(yīng)充分；
（c）曝氣池在后，使反硝化殘留物得以進一步去除，提高了處理水水質(zhì)；
（d）A段攪拌，只起使污泥懸浮，而避免DO的增加。O段的前段采用強曝氣，后段減少氣量，使內(nèi)循環(huán)液的DO含量降低，以保證A段的缺氧狀態(tài)。