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利用微生物新陳代謝的作用進行去除氮元素的過程，稱之為生物脫氮。
生物脫氮基本原理
（1）氨化反應
在氨化菌作用下，有機氮被分解轉化為氨態氮，這一過程稱為氨化過程，氨化過程很容易進行。
硝化反應由好氧自養型微生物完成，在有氧狀態下，利用無機碳為碳源將NH4+化成NO2-，然后再氧化成NO3-的過程。
硝化過程可以分成兩個階段。第一階段是由亞硝化菌將氨氮轉化為亞硝酸鹽（NO2-），第二階段由硝化菌將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽（NO3-）。
反硝化反應是在缺氧狀態下，反硝化菌將亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮還原成氣態氮（N2）的過程。反硝化菌為異養型微生物，多屬于兼性細菌，在缺氧狀態時，利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，以有機物（污水中的BOD成分）作為電子供體，提供能量并被氧化穩定。
生物脫氮過程的主要影響因素
（1）溫度
生物硝化反應的適宜溫度范圍為20~30℃，15℃以下硝化反應速率下降，5℃時基本停止。反硝化適宜的溫度范圍為20~40℃，15℃以下反硝化反應速率下降。實際中觀察到，生物膜反硝化過程受溫度的影響比懸浮污泥法小，才外，流化床反硝化溫度的敏感性比生物轉盤和懸浮污泥的小得多。
（2）溶解氧
生物消化反應器內宜保持溶解氧的濃度在2.0mg/L以上。
（3）pH
硝化菌對pH變化十分敏感，pH在7.0~8.0時，亞硝酸菌的活性最好；而硝酸菌在pH值為7.7~8.1時活性最好。當pH降到5.5以下時，硝化反應幾乎停止。
（4）碳氮比
（5）泥齡
（6）有毒物質
生物脫氮工藝
目前使用比較廣泛的生物脫氮工藝主要有SBR工藝、氧化溝工藝以及缺氧/好氧（ANO）工藝等。 缺氧/好氧脫氮工藝，簡稱ANO法，A為缺氧（Anoxic），O為好氧（Oxic）。ANO法的工藝流程見下圖。
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