生物脱氮：利用微生物新陈代谢的作用进行去除氮元素的过程。

生物脱氮主要包括氨化、硝化和反硝化三个过程，由有机氮氨化、硝化、反硝化及微生物的同化作用来共同完成。

氨化过程

氨化过程是微生物分解有机氮化物产生氨的过程。

第一步是含氮有机化合物降解为多肽、氨基酸、氨基糖等简单含氮化合物；

第二步则是降解产生的简单含氮化合物在脱氨基过程中转变为氨。

影响因素：

氨化过程受多种因素影响，主要包括微生物活性、环境条件（温度、pH、水分、氧气）、底物特性（有机物种类、碳氮比）。

1.微生物活性

微生物种类：不同微生物的氨化能力不同，细菌、真菌和放线菌是主要的氨化微生物。

微生物数量：微生物数量越多，氨化速率通常越快。

酶活性：微生物分泌的蛋白酶、脲酶等酶的活性直接影响氨化效率。

2.环境条件

（1）温度：适宜温度范围为25-35°C，温度过低会抑制微生物活性，过高可能导致酶失活。

（2）pH值：氨化过程适宜在中性或微碱性环境中进行（pH 6.5-8.5），酸性环境pH < 6会抑制氨化微生物的活性。

（3）水分：水分是微生物生长和代谢的必要条件，适宜的水分含量为 50-60%，过高或过低都会影响氨化效率。

（4）氧气：氨化过程可在有氧或无氧条件下进行，但有氧条件下效率更高。

3.底物特性

（1）有机物种类：不同有机物的分解难度不同。例如，蛋白质和氨基酸较易分解，而木质素等复杂有机物较难分解。

（2）碳氮比（C/N比）：适宜的碳氮比为20:1-30:1。碳氮比过高（>30:1）会导致微生物优先利用碳源，抑制氨化过程。碳氮比过低（<20:1）可能导致氨氮积累，抑制微生物活性。

硝化过程

硝化反应由好氧自养型微生物完成，在有氧状态下，利用无机碳为碳源将铵根化成亚硝酸盐，然后再氧化成硝酸盐的过程。

硝化过程可以分成两个阶段：

第一阶段是由亚硝化菌将氨氮转化为亚硝酸盐（NO2-）；

第二阶段由硝化菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐（NO3-）。

反应式：

55NH4+ +76O2 + 109HCO3-= C5H7O2N + 54NO2- + 57H2O + 104H2CO3

400NO2- + NH4+ + 4H2CO3 +195O2 =C5H7O2N + 400NO3- + 3H2O

影响因素：

（1）pH值，硝化反应的适宜的pH值为8.0～8.4之间，硝化作用速度最快。硝化过程中，pH值会逐渐下降，当污水的碱度不足时，需要加碱，使pH值维持在7.5以上。当pH降到5.5以下，硝化反应几乎停止。反硝化细菌最适宜的pH值为7.0～7.5之间。

（2）温度，硝酸盐菌最适宜的水温为35摄氏度，温度升高时，硝化速度快。反之，温度低于15摄氏度，其活性急剧降低，一般要求水温以不低于15摄氏度。

（3）溶解氧，氧是生物硝化作用中的电子受体，其浓度太低将不利于硝化反应的进行。

（4）BOD负荷，硝化菌是一类自养型菌，而BOD氧化菌是异养型菌。若BOD5负荷过高，会使生长速度较高的异养型菌迅速繁殖，从而自氧型的硝化菌得不到优势，结果降低了硝化效率。

反硝化过程

反硝化反应是在缺氧状态下，反硝化菌将亚硝酸盐氮、硝酸盐氮还原成气态氮（N2）的过程。氮气N2从污水中逸出，从而达到除氮的目的。

反硝化菌是大量存在污水中的异养型兼性细菌，主要是变形补菌、假单胞菌、小球菌、芽孢杆菌、无色杆菌属、嗜气杆菌属、产碱杆菌属等，这些菌属在无氧条件下，同时存在硝酸和亚硝酸离子时，能利用这些离子中的氧进行呼吸，反硝化又叫脱氮反应或硝酸呼吸。

反应式：

NO2- + 3H+ (电子供给体-有机物）= 1/2N2 + H2O + OH-

NO3- +5H+ (电子供给体-有机物）= 1/2N2 + 2H2O + OH-

影响因素：

（1）温度，反硝化适宜温度在30℃左右，亚硝酸菌最佳生长温度为35℃，硝酸菌的适宜温度为20～40℃。

（2）pH值，反硝化细菌最适宜的pH值为7.0～7.5之间。

（3）溶解氧，反硝化过程的DO应保持0.2～0.5mg/L。反硝化通常需在缺氧条件下进行，溶解氧对反硝化有抑制作用，主要是由于氧会与硝酸盐竞争电子供体，同时分子态氧也会抑制硝酸盐还原酶的合成及其活性。