A2/O系統運行規律研究 紀莊子污水處理廠 任俊智，韓紹瑜，周楊，李娟，敖家強，翟春宏，李偉，王磊 摘要：隨著城市化和工業化程度的不斷提高以及化肥和農藥的廣泛使用，氮、磷等營養物質引起的水體富營養化的問題日益突出。水體富營養化引起水中藻類的過量繁殖，降低了水的透明度，使水帶有異味，造成水中溶解氧降低。某些藻類產生毒素危害水生生物，影響人類健康，破壞了水生生態環境。1996年頒布實施的國家《污水綜合排放標準》中明確規定了氮磷的排放標準，要達到這些排放標準，選擇適宜的脫氮除磷技術在污水處理中變得日益重要。
A2/O(Anaerobic/Anoxic/Oxic的簡稱)工藝作為除磷脫氮的主要工藝之一，具有處理效果好，處理過程穩定可靠、處理成本低、操作管理方便等優點。本文就是要通過研究A2/O工藝的機理、影響因素、工藝控制方法，以及有目的的拓展性試驗，為污水處理運行提供有實用性和有價值的管理經驗。 關鍵詞： A2/O； 生物脫氮；生物除磷；溶解氧 前言 如今我國在發展工業化、城市化和現代化過程中，工業、農業和城市的發展是不平衡的。就環境污染而言，城市污水是水污染的重要污染源，其中氮和磷又是我國城市污水的兩大主要污染物。
隨著城市化和工業化程度的不斷提高以及化肥和農藥的廣泛使用，氮、磷等營養物質引起的水體富營養化的問題日益突出。水體富營養化引起水中藻類的過量繁殖，降低了水的透明度，使水帶有異味，造成水中溶解氧降低。某些藻類產生毒素危害水生生物，影響人類健康，破壞了水生生態環境。事實上，現在水體富營養化問題越來越嚴重，氨態氮排入水體還會因硝化作用而耗去水體中大量的氧造成水體溶解氧下降。此外，飲用水中硝態氮超過10mg／L會引起嬰兒的高鐵血紅蛋白癥。水體富營養化影響給水水質，增加水處理成本，造成經濟損失，嚴重影響國民經濟的可持續發展。隨著人們環境意識的增強，水環境污染的問題日益尖銳化，政府有關部門制定了污水中有機物和氮磷的排放標準，制定的控制指標越來越嚴格。2002年頒布實施的國家《污水綜合排放標準》中明確規定了氮磷的排放標準，要達到這些排放標準，許多污水處理設施需要考慮脫氮除磷問題，因此選擇適宜的脫氮除磷技術在污水處理中變得日益重要。
常規的活性污泥法主要去除廢水中含碳化合物，而對氮、磷的去除率很低。鑒于此情況，廢水的脫氮除磷技術近年來得到迅速發展。微生物脫氮除磷技術由于得到廣泛運用，為水體中氮、磷的去除提供了有效手段。
A2/O工藝作為除磷脫氮的主要工藝之一，具有處理效果好，處理過程穩定可靠、處理成本低、操作管理方便等優點。近幾年來，A2/O工藝相繼用于處理城市污水、石油化工廢水、食品加工廢水等方面。研究A2/O工藝的生物脫氮除磷的機理、影響因素、工藝控制方法，以及在保證運行效果的同時，如何達到節能降耗的目的，已經成為污水研究領域的一個熱點。 A2/O工藝機理 A2/O（Anaerobic/Anoxic/Oxic）生物脫氮除磷工藝是傳統活性污泥工藝、生物硝化及反硝化脫氮工藝和生物除磷工藝的綜合，其工藝流程如圖1所示。污水經過厭氧（Anaerobic）缺氧（Anoxic）及好氧（Oxic）3個生物處理過程，BOD5、SS和以各種形式存在的氮和磷將一并被去除。 
A2/O系統一般采用推流式活性污泥系統。原污水首先進入厭氧段，兼性厭氧的發酵菌將污水中的可生物降解的大分子有機物轉化為VFA（揮發性脂肪酸）這類分子量較小的中間發酵產物。聚磷菌可將菌體內貯積的聚磷酸鹽分解，并放出能量供專性好氧的聚磷菌在厭氧的“壓抑”環境下維持生存，另一部分能量還可以供聚磷菌主動吸收環境中的VFA這類小分子有機物，并以聚-β-羥基丁酸鹽（PHB）形式在菌體內儲存起來。隨后污水進入缺氧區，反硝化細菌就利用好氧區中經混合液回流而帶來的硝酸鹽，以及污水中可生物降解的有機物進行反硝化，達到同時去碳脫氮的目的。厭氧區和缺氧區都設有攪拌混合裝置，以防污泥沉積。接著污水進入曝氣的好氧區，聚磷菌除了可吸收、利用污水中殘剩的可生物降解的有機物外，主要是分解體內貯積的PHB，放出能量可供本身生長繁殖，還可以主動吸收周圍環境中的溶解性磷，并以聚磷酸鹽的形式在體內貯積起來。此時排放的出水中溶解態的磷濃度已相當低。好氧區中的有機物經厭氧區、缺氧區分別被聚磷酸鹽和反硝化細菌利用后，濃度也相當低，這有利于自養型的硝化細菌的生長繁殖，此時NH+4經硝化作用轉化為NO-3。非聚磷酸菌的好氧異養菌雖然也能存在，但它們在厭氧區受到嚴重的壓抑，在好氧區又得不到充分的營養，因此在與其他生理類群的微生物競爭中處于劣勢。排放的剩余污泥中，由于含有大量過量貯積聚磷酸鹽的聚磷菌，污泥中磷含量很高，因此可較一般的好氧活性污泥大大的提高磷的去除效果。
A2/O生物脫氮除磷系統的活性污泥中，菌群主要由硝化菌、反硝化菌和聚磷菌組成，專性厭氧和一般專性好氧菌等菌群均基本被工藝過程所淘汰。在好氧段，硝化細菌將入流中的氨氮及由有機氮氨化成的氨氮，通過生物硝化作用，轉化成硝酸鹽；在缺氧段，反硝化細菌將內回流帶入的硝酸鹽通過生物反硝化作用，轉化成氮氣逸入大氣中，從而達到脫氮的目的；在厭氧段，聚磷菌釋放磷，并吸收低級脂肪酸等易降解的有機物；而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通過剩余污泥的排放，將磷去除。以上三類細菌均具有去除BOD5的作用，但BOD5的去除實際上以反硝化細菌為主。污水進入A2/O生物池以后，隨著聚磷菌的吸收、反硝化菌的利用及好氧段的好氧生物分解，BOD5濃度逐漸降低。在厭氧段，由于聚磷菌釋放磷，TP濃度逐漸升高，至缺氧段升至最高。在缺氧段，一般認為聚磷菌既不吸收磷，也不釋放磷，TP保持穩定。在好氧段，由于聚磷菌的吸收，TP迅速降低。在厭氧段和缺氧段，NH3-N濃度穩中有降，至好氧段，隨著硝化的進行，NH3-N逐漸降低。在缺氧段，NO-3-N瞬間升高，主要是由于內回流帶入大量NO-3-N，但隨著反硝化的進行，NO-3-N濃度迅速降低。在好氧段，隨著硝化的進行，NO-3-N濃度逐漸升高。 紀莊子污水處理廠A2/O工藝構成 一、紀莊子污水處理廠水區工藝介紹 1984年4月28日投產運行的天津市紀莊子污水處理廠，是我市和我國第一座大型城市污水處理廠。2000年開始進行改擴建工程的設計施工，擴建后的紀莊子污水處理廠占地550畝，處理規模為54萬噸／日，其服務面積為4140公頃，人口約為118萬。考慮到常規的二級活性污泥處理工藝達不到對氨氮和總磷的有效去除，故擴建后的污水處理由原來普通活性污泥法改為A/O工藝和A2/O工藝。執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的二級排放標準。水區工藝流程見圖2。 
二、紀莊子污水處理廠實際執行標準 紀莊子污水處理廠實際執行的是《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的二級排放標準。即：
懸浮物SS ≤30mg/L
生化需氧量BOD5 ≤30mg/L
化學需氧量CODcr ≤100mg/L
總氮TN ———
氨氮NH3-N ≤25mg/L（水溫>12℃時）；
≤30mg/L（水溫≤12℃時）
總磷TP ≤3g/L 注：下列情況按去除率指標執行：當進水COD大于350mg/L時，去除率應大于60%；BOD大于160mg/L時，去除率應大于50%。 紀莊子污水處理廠A2/O工藝運行效果 一、進出水、A2/O生物池數據比較 紀莊子污水處理廠于2005年12月份開始運行A2/O系統，2005年12月～2006年9月的平均進出水水質、出水水質及去除率見表-1。
由表-1可得，2005年12月～2006年9月之間，BOD的去除率平均為92.66％，COD的去除率平均為89.1％，SS的去除率平均為92.64％，氨氮去除率平均為66.32％，總磷的去除率平均為78.43％。當進水COD大于350mg/L時，去除率仍然大于80%；BOD大于160mg/L時，去除率仍然大于90%。 表-1 進出水水質及去除率（12月～4月） 月份 | 2005年12月平均值 | 2006年1月平均值 | 2006年2月平均值 | 2006年3月平均值 | 2006年4月平均值 | 取樣點 | 進水 | 改建系統 | 進水 | 改建系統 | 進水 | 改建系統 | 進水 | 改建系統 | 進水 | 改建系統 | 分析項目 | 出水 | 去除率（％） | 出水 | 去除率（％） | 出水 | 去除率（％） | 出水 | 去除率（％） | 出水 | 去除率（％） | BOD(mg/l) | 120.95 | 15.96 | 86.804 | 143.91 | 14.21 | 90.126 | 112.72 | 11.98 | 89.372 | 195.27 | 16.83 | 91.381 | 188.83 | 13.3 | 92.957 | COD(mg/l) | 282 | 48.87 | 82.67 | 369.52 | 49.42 | 86.626 | 317.69 | 42.77 | 86.537 | 523.81 | 56.45 | 89.223 | 577.41 | 49.24 | 91.472 | SS(mg/l) | 81 | 11 | 86.42 | 73 | 11 | 84.932 | 73 | 14 | 80.822 | 292 | 13 | 95.548 | 289 | 15 | 94.81 | 氨氮(mg/l) | 27.04 | 4.27 | 84.209 | 29.76 | 2.33 | 92.171 | 29.38 | 2.09 | 92.886 | 34.33 | 18.51 | 46.082 | 40.49 | 24.1 | 40.479 | 硝酸鹽氮(mg/l) | 1.3 | 7.83 | | 1.12 | 14.52 | | 0.98 | 19.25 | | 1.2 | 9.58 | | 1.36 | 3.26 | | 亞硝酸鹽氮(mg/l) | 0.08 | 0.35 | | 0.16 | 0.38 | | 0.09 | 0.56 | | 0.12 | 0.89 | | 0.08 | 0.96 | | 總氮(mg/l) | 37.29 | 13.94 | 62.617 | 42.49 | 21.07 | 50.412 | 40.16 | 25.82 | 35.707 | 51.31 | 34.74 | 32.294 | 62.74 | 50.34 | 19.764 | 凱氏氮(mg/l) | 34.19 | 15.08 | 55.894 | 38.1 | 7.03 | 81.549 | 37.62 | 3.73 | 90.085 | 48.51 | 22.99 | 52.608 | 56.62 | 29.19 | 48.446 | 有機氮(mg/l) | 7.15 | 2.34 | 67.273 | 8.12 | 1.75 | 78.448 | 8.33 | 1.64 | 80.312 | 15.1 | 4.48 | 70.331 | 16.12 | 5.09 | 68.424 | 總磷(mg/l) | 2.92 | 0.68 | 76.712 | 3.57 | 0.92 | 74.23 | 3.74 | 2.48 | 33.69 | 6.56 | 0.82 | 87.5 | 8.7 | 0.56 | 93.563 | 磷酸鹽(mg/l) | 1.81 | 0.43 | 76.243 | 2.47 | 0.66 | 73.279 | 2.03 | 1.88 | 7.3892 | 2.36 | 0.51 | 78.39 | 3.75 | 0.2 | 94.667 | PH | 7.61 | 7.29 | | 7.62 | 7.32 | | 7.52 | 7.3 | | 7.54 | 7.33 | | 7.69 | 7.66 | |
表-1 進出水水質及去除率（5月～9月） 份 | 2006年5月平均值 | 2006年6月平均值 | 2006年7月平均值 | 2006年8月平均值 | 2006年9月平均值 | 取樣點 | 進水 | 改建系統 | 進水 | 改建系統 | 進水 | 改建系統 | 進水 | 改建系統 | 進水 | 改建系統 | 分析項目 | 出水 | 去除率（％） | 出水 | 去除率（％） | 出水 | 去除率（％） | 出水 | 去除率（％） | 出水 | 去除率（％） | BOD(mg/l) | 215.32 | 15.51 | 92.797 | 260.3 | 15.05 | 94.218 | 287.43 | 9.77 | 96.601 | 222.2 | 6.55 | 97.052 | 122.76 | 5.79 | 95.283 | COD(mg/l) | 716.55 | 50 | 93.022 | 507 | 52.03 | 89.738 | 583.23 | 46.16 | 92.085 | 521.58 | 48.71 | 90.661 | 303.37 | 33.53 | 88.947 | SS(mg/l) | 467 | 14 | 97.002 | 341 | 15 | 95.601 | 653 | 11 | 98.315 | 341 | 10 | 97.067 | 193 | 8 | 95.855 | 氨氮(mg/l) | 40.31 | 23.12 | 42.645 | 49.04 | 21.97 | 55.2 | 40.67 | 16.46 | 59.528 | 35.09 | 6.53 | 81.391 | 38.38 | 12.05 | 68.603 | 硝酸鹽氮(mg/l) | 2.76 | 5.06 | | 2.95 | 9.77 | | 0.81 | 5.62 | | 2.6 | 7.85 | | 2.28 | 20.87 | | 亞硝酸鹽氮(mg/l) | 0.08 | 0.96 | | 0.07 | 0.94 | | 0.24 | 1 | | 0.46 | 1.08 | | 0.06 | 0.85 | | 總氮(mg/l) | 64.37 | 45.39 | 29.486 | 61.35 | 39.49 | 35.632 | 76.79 | 28.04 | 63.485 | 58.31 | 21.38 | 63.334 | 46.74 | 28.61 | 38.789 | 凱氏氮(mg/l) | 56.45 | 27.64 | 51.036 | 57.96 | 24.08 | 58.454 | 70.77 | 19.62 | 72.276 | 51.17 | 9.97 | 80.516 | 46.98 | 14.24 | 69.689 | 有機氮(mg/l) | 16.41 | 4.55 | 72.273 | 8.91 | 2.1 | 76.431 | 30.52 | 2.66 | 91.284 | 16.45 | 3.44 | 79.088 | 8.6 | 2.14 | 75.116 | 總磷(mg/l) | 10.41 | 0.95 | 90.874 | 10.27 | 0.65 | 93.671 | 11.26 | 0.75 | 93.339 | 9.32 | 2.24 | 75.966 | 4 | 1.41 | 64.75 | 磷酸鹽(mg/l) | 5.79 | 0.44 | 92.401 | 4.72 | 0.25 | 94.703 | 2.86 | 3.89 | | 3.19 | 1.91 | 40.125 | 2.54 | 1.27 | 50 | PH | 7.69 | 7.58 | | 7.83 | 7.65 | | 7.73 | 7.32 | | 7.53 | 7.18 | | 7.55 | 7.24 | |
二、A2/O工藝部分運行參數分析 此次分析的數據來源于：“紀莊子污水處理廠化驗數據分析系統”、《運行日分析報表》、以及鼓風機房的運行記錄。選取符合二級排放標準的2006年4月份的數據進行分析，詳見表-2。
1、A2/O的有機負荷F/M
F/M較大時，活性污泥中的微生物增長速率較快，有機污染物的去除速率較快，但此時的活性污泥的沉降性能可能較差。反之，F/M較小時，微生物增長速率較慢或基本不增長，甚至也可能減少，此時有機污染物的去除速率也必然較慢，但這時活性污泥的沉降性能往往較好。
根據實際運行效果分析，F/M的平均值為0.10左右。
2、A2/O的污泥齡
污泥齡SRT是指活性污泥在整個系統內的平均停留時間。SRT直接決定著活性污泥系統中微生物的年齡大小，SRT較大時，年長的微生物也能在系統中存在；而SRT較小時，只有年輕的微生物存在。年輕的污泥活性高，分解代謝有機污染物的能力強，但凝聚沉降性能較差；而年長的污泥有可能已老化，分解代謝能力較差，但凝聚沉降性能較好。因此，通過調節SRT，可以選擇合適的微生物年齡，使活性污泥既有較強的分解代謝能力，又有良好的沉降性能。
根據實際運行效果分析，SRT的平均值為16天左右。
3、A2/O的外回流比
保證除磷效果的極為重要的一點，就是使系統污泥在生物池中“攜帶”足夠的溶解氧進入二沉池，其目的就是為了防止污泥在二沉池中因厭氧而釋放磷，但如果不能快速排泥，二沉池內泥層太厚，再高的DO也無法保證污泥不厭氧釋磷，因此，A2/O系統的回流比不宜太低，應保持足夠的回流比，盡快將二沉池內的污泥排出。但過高的回流比會增加回流系統和曝氣系統的能源消耗，且會縮短污泥在生物池內的實際停留時間，影響BOD5和磷的去除效果。
一般認為，在保證二沉池不發生反硝化及二次放磷的前提下，應使R降至最低，有利于提高除磷的效果。R一般在50～100％的范圍內即可。
根據實際運行效果分析，外回流比平均值為74.6%。 表-2 4月份A2/O生物池運行數據 項目 | Ａ／Ａ／Ｏ生物池 | 日期 | 剩余污泥 m3/h | 泥齡d | 外回流比 ％ | F：M KgBOD/Kgmlss·d | 理論停留時間h | 實際停留時間h | MLSS mg/l | 2006-4-1 | 136 | 11.0 | 78.0 | 0.1 | 8.0 | 4.5 | 3988 | 2006-4-2 | 136 | 11.3 | 82.0 | 0.1 | 8.4 | 4.6 | 3560 | 2006-4-3 | 136 | 10.1 | 67.0 | 0.3 | 6.9 | 4.1 | 3859 | 2006-4-4 | 136 | 10.9 | 76.0 | 0.1 | 7.9 | 4.5 | 3989 | 2006-4-5 | 62.3 | 25.0 | 83.0 | 0.1 | 8.6 | 4.7 | 3829 | 2006-4-6 | 124.7 | 12.3 | 81.0 | 0.2 | 8.4 | 4.6 | 3993 | 2006-4-7 | 136 | 11.6 | 85.0 | 0.1 | 8.7 | 4.7 | 3954 | 2006-4-8 | 136 | 11.1 | 78.0 | 0.1 | 8.1 | 4.5 | 3779 | 2006-4-9 | 136 | 11.5 | 84.0 | 0.1 | 8.6 | 4.7 | 3894 | 2006-4-10 | 136 | 11.7 | 86.0 | 0.2 | 8.9 | 4.8 | 3997 | 2006-4-11 | 87.8 | 11.7 | 86.0 | 0.1 | 8.8 | 4.8 | 3837 | 2006-4-12 | | | 81.0 | 0.1 | 10.1 | 5.6 | 3726 | 2006-4-13 | | | 74.0 | 0.1 | 10.2 | 5.8 | 3986 | 2006-4-14 | 53.8 | 26.8 | 72.0 | 0.1 | 9.9 | 5.8 | 3969 | 2006-4-15 | 68 | 20.5 | 69.0 | | 9.4 | 5.6 | 3954 | 2006-4-16 | 68 | 21.2 | 73.0 | 0.1 | 10.0 | 5.8 | 3997 | 2006-4-17 | 68 | 20.1 | 66.0 | 0.1 | 9.1 | 5.5 | 3982 | 2006-4-18 | 68 | 21.8 | 76.0 | 0.1 | 10.5 | 5.9 | 3994 | 2006-4-19 | 68 | 21.2 | 73.0 | 0.1 | 10.0 | 5.8 | 3815 | 2006-4-20 | 68 | 21.0 | 71.0 | 0.1 | 9.8 | 5.7 | 3954 | 2006-4-22 | 68 | 17.8 | 55.0 | 0.2 | 10.0 | 6.5 | 2955 | 2006-4-23 | 68 | 10.4 | 68.0 | 0.1 | 9.4 | 5.6 | 3785 | 2006-4-24 | 68 | 9.5 | 73.0 | 0.1 | 10.0 | 5.8 | 3411 | 2006-4-25 | 33.2 | 51.2 | 98.0 | 0.1 | 13.5 | 6.8 | 3990 | 2006-4-26 | 28.3 | 27.1 | 94.0 | | 12.9 | 6.7 | 3918 | 2006-4-27 | 34 | 20.6 | 69.0 | | 13.5 | 7.9 | 3998 | 2006-4-28 | 34 | 21.1 | 59.0 | 0.1 | 12.1 | 7.6 | 3609 | 2006-4-29 | 34 | 14.9 | 54.0 | 0.3 | 11.2 | 7.2 | 3186 | 2006-4-30 | 68 | 8.1 | 52.0 | 0.1 | 10.7 | 7.0 | 3346 | 加權平均值 | 83.8 | 16.5 | 74.6 | 0.1 | 9.7 | 5.6 | 3826.0 |
4、A2/O的溶解氧
硝化菌是專性好氧菌，以氧化NH3-N或NO2--N以獲得足夠的能量用于生長。故溶解氧的高低直接影響硝化菌的生長及活性。當溶解氧升高時，硝化速率亦增加，當DO低于0.5mg/L時，硝化反應趨于停止。
根據對A2/O系統好氧段、厭氧段、缺氧段溶解氧的長期監測，結果表明：好氧池溶解氧長期徘徊在3～5mg/L，而厭氧段的溶解氧介于0.5～1 mg/L之間，缺氧段的DO始終低于 0.5mg/L。
從表-1中可以看出，雖然紀莊子污水處理廠2006年的氨氮出水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的二級排放標準，但是A2/O對氨氮的去除效果并不十分理想，一個關鍵因素在于缺氧段的溶解氧值偏高。污水進入缺氧區，反硝化細菌就利用好氧區中經混合液回流而帶來的硝酸鹽，以及污水中可生物降解的有機物進行反硝化，達到同時去碳脫氮的目的。溶解氧對反硝化反應有很大影響，主要由于氧會同硝酸鹽競爭電子供體，同時分子態氧也會抑制硝酸鹽還原酶的合成及其活性。研究表明，溶解氧應保持在0.5mg/L以下才能使反硝化反應正常進行，而實際運行中的厭氧段的溶解氧介于0.5～1 mg/L之間，這就造成A2/O對氨氮的去除率不高。因此，可以看出控制溶解氧值，是良性運行的一個關鍵要素。
因為A2/O生物脫氮除磷過程，本質上是一系列生物氧化還原反應的綜合，因而近年來，國外一些處理廠采用氧化還原電位計ORP作為A2/O系統的一個工藝控制參數，收到了良好效果。紀莊子污水處理廠也在A2/O系統厭氧段安裝了ORP在線測定儀表。
混合液中的DO濃度越高，ORP值越高。要保證良好的脫氮除磷效果，厭氧段混合液的ORP應小于-250mV，缺氧段應控制在-100 mV左右。
5、內回流
內回流的作用是將經過硝化反應生成的硝酸鹽回流到缺氧區進行反硝化，去除總氮。在實際運行中，內回流系統會增加污水處理廠的運行能耗，而且，《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）二、三級標準對TN也不作要求，因此，取消內回流在一般情況下同樣可以滿足出水水質的要求。但是，在具體運行過程中，我們根據A2/O生物池好養段的化驗數據對內回流的啟停給予控制，當發現好養段的硝酸鹽氮偏低時，開啟內回流泵。
以2006年4月份為例，1日～13日的硝酸鹽氮平均值為4.77mg/l；14日～30日的硝酸鹽氮平均值為11.06mg/l。2006年4月5日～13日開啟回流泵，其內回流比在80％～108％之間，平均值為92％。 三、總氮的去除效果分析 廢水中存在著有機氮、氨氮、硝態氮等形式的氮，而其中以氨氮和有機氮為主要形式。在生物處理過程中，有機氮被異養微生物氧化分解，即通過氨化作用轉化為成氨氮，而后經硝化過程轉化變為NO3-N和NO2-N， 最后通過反硝化作用使硝態氮轉化成氮氣，而逸入大氣。
由此可見，進行生物脫氮可分為氨化－硝化－反硝化三個步驟。由于氨化反應速度很快。在一般廢水處理設施中均能完成，故生物脫氮的關鍵在于硝化和反硝化。
1、硝化反應
硝化反應是由自養型好氧微生物完成的，它包括兩個步驟，第一步是由亞硝酸菌將氨氮轉化為亞硝態氮（NO-2）；第二步則由硝酸菌將亞硝態氮進一步氧化為硝態氮（NO-3）。這兩類菌統稱為硝化菌，它們利用無機碳化物如CO2-3、HCO-3、和CO2作為炭源，從NH+4、NH3、NO-2的氧化反應中獲得能量,兩項反應均需在有氧條件下進行。
硝化總反應式（硝化＋合成）： NH+4＋1.86O2＋1.98HCO-3———→ 0.021C5H7NO2＋1.04H2Ｏ＋0.98NO-3＋1.88H2CO3 （式4） 2、反硝化反應
反硝化菌的主要作用是將硝態氮或亞硝態氮還原成氮氣，反應在無分子態氧的條件下進行。反硝化菌大多是兼性的，在溶解氧濃度極低的環境中，它們利用硝酸鹽中的氧作為電子受體，有機物則作為碳源及電子供體提供能量并得到氧化穩定。
當環境中缺乏有機物時，無機物如氫、Na2S等也可作為反硝化反應的電子供體。微生物還可通過消耗自身的原生質進行所謂的內源反硝化： C5H7O2N ＋4NO-3—→5CO2＋2N2＋NH3＋4OH- （式5） 可見，內源反硝化的結果是細胞物質的減少，并會有NH3的生成，因此，處理中不希望此種反應占主導地位，而應提供必要的碳源。
3、炭源的作用
因為反硝化細菌是在分解有機物的過程中進行反硝化脫氮的，所以進入缺氧段的污水中必須有充足的有機物，才能保證反硝化的順利進行。從理論上講，當污水的BOD5／TKN＞2.86時，有機物即可滿足要求。但由于BOD5中的一些有機物并不能被反硝化細菌利用或迅速利用，而且另外一部分細菌在好氧段不進行反硝化時，也需要有機物。因此，實際運行中應控制BOD5／TKN＞4.0，最好在5.7之上。否則，應外加炭源，補充有機物的不足。
我們以兼具除磷脫氮功能的改建系統A2/O生物池，和以除磷為主要目的的新建系統A/O生物池為研究對象，選取了一季度1月、二季度5月、三季度9月的部分數據進行分析比較，詳見表-3。 表-3 階段 | A2/0總氮去除率平均值 | A/0總氮去除率平均值 | BOD/TKN平均值 | 一月 | 82.67 | 78.53 | 3.5 | 五月 | 51.27 | 54.49 | 2.9 | 九月 | 42.05 | 35.02 | 2.5 |
在表-3中，我們對BOD5、TKN進行了分析。由于初沉池不能脫氮但卻具有一定的去除BOD5的作用，因此我們選用了進水TKN和初沉池出水BOD5（注：2006年9月，由于與A2/O生物池對應的初沉池進行維修，所以進水完全超越初沉池，直接進入A2/O生物池，因此9月份分析數據中，我們用進水BOD5替代了初沉池出水BOD5），進行炭源方面的分析。
由表-3，可知，總氮的去除效果與BOD5／TKN成線性關系，BOD5／TKN越低，總氮去除率也越低。
因此，我們認為，要有效提高總氮去除效果，必須保證BOD5／TKN＞4.0，最好在5.7之上。否則，應外加炭源，補充有機物的不足。常用的炭源是工業用甲醇，因為甲醇是一種不含氮的有機物，正常濃度下對細菌也沒有抑制作用。 紀莊子污水處理廠A2/O工藝部分的拓展性試驗 在實際運行中，內回流系統會增加污水處理廠的運行能耗，而且，《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）二級標準對TN也不作要求。根據同濟大學任潔、顧國維等人的試驗：“在傳統A2/0工藝的內回流取消、同時相應加大污泥回流比，有機物和氮的去除效果同傳統A2/0工藝相當，除磷效果反而較優。”我們在2006.7.4.17：00～2006.7.31.9：00期間做了相應的試驗。
我們關閉了A2/0工藝的內回流，開啟3臺污泥回流泵，相應調整新老系統的進水量，使老系統的進水量在滿足設計標準的前提下，保持在較低水平，以求得到一個較高的外回流比。選取2006.7.6～2006.7.30期間的數據作為試驗階段的有效數據，同時對試驗的前10天及后10天的數據也進行了相應的分析，詳見圖3。在圖3中，1～10、11～35、36～45分別反映的是試驗前10天、試驗期間、試驗后10天的波動情況。 
圖3 回流比調整前后對比 從圖3可以看出，試驗期間及前后階段，總磷去除率的變化較為穩定，試驗期間的數值與平時無明顯差別，但從其變化趨勢來看，依然細微的呈現出與外回流比的變化成正比的趨勢。因此，我們認為取消A2/0工藝的內回流、同時相應加大污泥回流比的做法，對提高除磷效果無顯著作用。
相對總磷去除率而言，氨氮去除率的變化波動較大。雖然氨氮去除率的波動幅度遠遠小于外回流比的波動幅度，但依然明顯的呈現出與回流比的變化成略微滯后的正比趨勢。因此，我們的結論與同濟大學任潔、顧國維等人的試驗結論相反，我們認為取消A2/0工藝的內回流、同時相應加大并保持較高的污泥回流比的做法，有助于達到較高的脫氮效果。 結論 1、泥齡：在A2/O工藝中泥齡受硝化菌世代時間和除磷工藝兩方面的影響。權衡這兩方面，并結合實際運行數據，得出：A2/O工藝的泥齡一般為15～16天。
2、生物池溶氧值的運行控制是污水處理廠中至為重要的環節，該運行控制品質的好壞，直接關系到出水質量和污水廠的能耗的高低。溶解氧控制的主要目標是：確保供氧量滿足有機物氧化分解過程動態變化的需要并且維持一個期望的混合液DO濃度：一般好氧段DO控制在2mg/L以上，而厭氧段和缺氧段，則DO越低越好，但由于回流和進水的影響，應保證厭氧段DO< 0.2mg/L，缺氧段DO< 0.5mg/L。用ORP來控制，則要保證厭氧段混合液的ORP應小于-250mV，缺氧段應控制在-100mV左右。
3、要有效提高總氮去除效果，必須保證BOD5／TKN＞4.0，最好在5.7之上。否則，應外加炭源，補充有機物的不足。
4、取消傳統A2/0工藝的內回流、同時相應加大污泥回流比，除磷效果同傳統A2/0工藝相當，氮的去除效果反而較優。 | 
