生物脫氮理論認(rèn)為生物脫氮主要包括硝化和反硝化2個(gè)生化過(guò)程,并由有機(jī)氮氨化、硝化、反硝化及微生物的同化作用來(lái)完成。

氨化作用即水中的有機(jī)氮化合物在氨化細(xì)菌分解作用下轉(zhuǎn)化為氨氮。一般氨化過(guò)程與微生物去除有機(jī)物同時(shí)進(jìn)行,氨化作用進(jìn)行得很快,有機(jī)物去除結(jié)束時(shí),氨化過(guò)程也已完成,故無(wú)需采取特殊的措施。

硝化作用即在供氧充足的條件下,水中的氨氮首先在亞硝化細(xì)菌的作用下被氧化成亞硝酸氮,然后再在硝化細(xì)菌的作用下進(jìn)一步氧化成硝酸氮。由于亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)速率低,所以要求較長(zhǎng)的污泥齡。

反硝化作用是由反硝化細(xì)菌完成的生物化學(xué)過(guò)程。在缺氧條件下,反硝化細(xì)菌將硝化產(chǎn)生的亞硝酸氮和硝酸氮還原成氣態(tài)氮(N2)或N2O、NO。由于反硝化細(xì)菌是兼性厭氧菌,只有在缺氧或厭氧條件下才能進(jìn)行反硝化,因此需要為其創(chuàng)造一個(gè)缺氧或厭氧的環(huán)境(好氧池的混合液回流到缺氧池)。

在脫氮除磷系統(tǒng)中,碳源主要消耗在釋磷、反硝化和異養(yǎng)菌的正常代謝等方面。其中,釋磷和反硝化的反應(yīng)速率與進(jìn)水碳源中易降解的部分,尤其是揮發(fā)性有機(jī)脂肪酸的含量關(guān)系很大。一般說(shuō)來(lái),城市污水中所含的易降解的有機(jī)污染物是有限的,所以在生物脫氮除磷系統(tǒng)中,釋磷和反硝化之間存在著因碳源不足而引發(fā)的競(jìng)爭(zhēng)性矛盾。