AO工藝通常是在常規(guī)的好氧活性污泥法處理系統(tǒng)前，增加一段缺氧生物處理過(guò)程。在好氧段，硝化菌進(jìn)行硝化反應(yīng)，氨氮轉(zhuǎn)化為硝化氮并回流到缺氧段，反硝化細(xì)菌在缺氧池利用氧化態(tài)氮和污水中的有機(jī)碳進(jìn)行反硝化反應(yīng)，使化合態(tài)氮變成游離態(tài)氮，同時(shí)獲得同時(shí)去碳和脫氮的效果。

一、生物脫氮的基本原理

傳統(tǒng)的生物脫氮機(jī)理認(rèn)為：脫氮過(guò)程一般包括氨化、硝化和反硝化三個(gè)過(guò)程。

①氨化(Ammonification)：廢水中的含氮有機(jī)物，在生物處理過(guò)程中被好氧或厭氧異養(yǎng)型微生物氧化分解為氨氮的過(guò)程；

②硝化(Nitrification)：廢水中的氨氮在硝化菌（好氧自養(yǎng)型微生物）的作用下被轉(zhuǎn)化為NO2-和NO3-的過(guò)程；

③反硝化(Denitrification)：廢水中的NO2-和NO3-在缺氧條件下以及反硝化菌(兼性異養(yǎng)型細(xì)菌)的作用下被還原為N2的過(guò)程。

其中硝化反應(yīng)分為兩步進(jìn)行：亞硝化和硝化。硝化反應(yīng)過(guò)程方程式如下所示：

①亞硝化反應(yīng)：NH4++1.5O2→NO2-+H2O+2H+②硝化反應(yīng)：NO2-+0.5O2→NO3-③總的硝化反應(yīng)：NH4++2O2→NO3-+H2O+2H+

反硝化反應(yīng)過(guò)程分三步進(jìn)行，反應(yīng)方程式如下所示(以甲醇為電子供體為例)：

第一步：3NO₃^-+CH₃OH→3NO₂^-+2H₂O+CO₂

第二步：2H⁺+2NO₂^-+CH₃OH→N₂+3H₂O+CO₂

第三步：6H⁺+6NO₃^-+5CH₃OH→3N₂+13H₂O+5CO₂

二、A/O脫氮工藝特征

A/O脫氮工藝主要特征是：將脫氮池設(shè)置在去碳硝化過(guò)程的前端，一方面使脫氮過(guò)程能直接利用進(jìn)水中的有機(jī)碳源而可以省去外加碳源；另一方面，則通過(guò)消化池混合液的回流而使其中的NO₃^-在脫氮池中進(jìn)行反硝化進(jìn)行去除。因此工藝內(nèi)回流比的控制是較為重要的，因?yàn)槿鐑?nèi)回流比過(guò)低，則將導(dǎo)致脫氮池中BOD5/NO₃^-過(guò)高，從而是反硝化菌無(wú)足夠的NO₃^-或NO₂^-作電子受體而影響反硝化速率，如內(nèi)回流比過(guò)高，則將導(dǎo)致BOD5/NO₃^-或BOD5/NO3-等過(guò)低，同樣將因反硝化菌得不到足夠的碳源作電子供體而抑制反硝化菌的生長(zhǎng)。

A/O工藝中因只有一個(gè)污泥回流系統(tǒng)，因而使好氧異養(yǎng)菌、反硝化菌和硝化菌都處于缺氧/好氧交替的環(huán)境中，這樣構(gòu)成的一種混合菌群系統(tǒng)，可使不同菌屬在不同的條件下充分發(fā)揮它們的優(yōu)勢(shì)。將反硝化過(guò)程前置的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以借助于反硝化過(guò)程中產(chǎn)生的堿度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)硝化過(guò)程中對(duì)堿度消耗的內(nèi)部補(bǔ)充作用。圖1所示為A/O脫氮工藝的特性曲線。由圖可見(jiàn)，在脫氮反應(yīng)池(A段)中，進(jìn)入脫氮池的廢水中的COD、BOD5和氨氮的濃度在反硝化菌的作用下均有所下降(COD和BOD5的下降是由反硝化菌在反硝化反過(guò)程中對(duì)碳源的利用所致)，而氨氮的下降則是由反硝化菌的微生物細(xì)胞合成作用及回流稀釋的原因，NO₃^-的濃度則因反硝化作用而有大幅度下降；在硝化反應(yīng)池(O段)中，隨硝化作用的進(jìn)行，NO₃^-的濃度快速上升，而通過(guò)內(nèi)循環(huán)大比例的回流，反硝化段的NO3-N含量通過(guò)反硝化菌的作用明顯下降，COD和BOD5則在異養(yǎng)菌的作用下不斷下降。氨氮濃度的下降速率并不與NO₃^-濃度的上升相適應(yīng)，這主要是由于異養(yǎng)菌對(duì)有機(jī)物的氨化而產(chǎn)生的補(bǔ)償作用造成的。

與傳統(tǒng)的生物脫氮工藝相比，A/O系統(tǒng)可以減少投加外碳源，可充分利用原污水中的有機(jī)物作碳源進(jìn)行反硝化，同時(shí)達(dá)到降低BOD5和脫氮的目的；A/O系統(tǒng)中缺氧反硝化段設(shè)在好氧硝化段之前，因而當(dāng)原水中堿度不足時(shí)，可利用反硝化過(guò)程中產(chǎn)生的堿度來(lái)補(bǔ)充硝化過(guò)程中對(duì)堿度的消耗。此外，A/O工藝中只有一個(gè)污泥回流系統(tǒng)，混合菌群交替處于缺氧和好氧狀態(tài)及有機(jī)物濃度高和低的條件，有利于改善污泥的沉降性能及控制污泥的膨脹。生物脫氮反應(yīng)過(guò)程各項(xiàng)生物反應(yīng)特征見(jiàn)表1所示。

根據(jù)廢水的脫氮水質(zhì)、處理目標(biāo)、出水要求，選擇A/O脫氮工藝時(shí)，其參數(shù)一般也有所不同。通常情況下，可以按照表2選用各參數(shù)。

三、影響因素與控制條件

1、硝化反應(yīng)主要影響因素與控制要求

①好氧條件，并保持一定的堿度。氧是硝化反應(yīng)的電子受體，硝化池內(nèi)溶解氧的高低，必將影響硝化反應(yīng)的進(jìn)程，溶解氧質(zhì)量濃度一般維持在2~3mg/L，不得低于1mg/L，當(dāng)溶解氧質(zhì)量濃度低于0.5~0.7mg/L時(shí)，氨的硝態(tài)反應(yīng)將受到抑制。

硝化菌對(duì)pH值的變化十分敏感，為保持適宜pH值，廢水應(yīng)保持足夠的堿度以調(diào)節(jié)pH值的變化，對(duì)硝化菌的適宜pH值為8.0~8.4。

②混合液中有機(jī)物含量不宜過(guò)高，否則硝化菌難成為優(yōu)勢(shì)菌種。

③硝化反應(yīng)的適宜溫度是20~35℃。當(dāng)溫度在5~35℃之間由低向高逐漸升高時(shí)，硝化反應(yīng)的速率將隨溫度的升高而加快，而當(dāng)?shù)椭?℃時(shí)，硝化反應(yīng)完全停止。對(duì)于去碳和硝化在同一個(gè)池子中完成的脫氮工藝而言，溫度對(duì)硝化速率的影響更為明顯。當(dāng)溫度低于15℃時(shí)即發(fā)現(xiàn)硝化速率迅速下降。低溫狀態(tài)對(duì)硝化細(xì)菌有很強(qiáng)的抑制作用，如溫度為12~14℃時(shí)，反應(yīng)器出水常會(huì)出現(xiàn)亞硝酸鹽積累的現(xiàn)象。因此，溫度的控制時(shí)相當(dāng)重要的。

④硝化菌在消化池內(nèi)的停留時(shí)間，即生物固體平均停留時(shí)間，必須大于最小的世代時(shí)間，否則硝化菌會(huì)從系統(tǒng)中流失殆盡。

⑤有害物質(zhì)的控制。除重金屬外，對(duì)硝化反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用的物質(zhì)有高濃度NH₄-N、高濃度有機(jī)基質(zhì)以及絡(luò)合陽(yáng)離子等。

2、反硝化反應(yīng)主要影響因素與控制要求

①碳源(C/N)的控制。生物脫氮的反硝化過(guò)程中，需要一定數(shù)量的碳源以保證一定的碳氮比而使反硝化反應(yīng)能順利地進(jìn)行。碳源的控制包括碳源種類(lèi)的選擇、碳源需求量及供給方式等。

反硝化菌碳源的供給可用外加碳源的方法(如傳統(tǒng)脫氮工藝)、或利用原廢水中的有機(jī)碳(如前置反硝化工藝等)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。反硝化的碳源可分為三類(lèi)：第一類(lèi)為外加碳源，如甲醇、乙酸鈉、乙醇、葡萄糖、淀粉、蛋白質(zhì)等；第二類(lèi)為原廢水中的有機(jī)碳；第三類(lèi)為細(xì)胞物質(zhì)，細(xì)菌利用細(xì)胞成分進(jìn)行內(nèi)源反硝化，但反硝化速率最慢。

當(dāng)原廢水中的BOD5與TKN(總凱氏氮)之比在5~8時(shí)，BOD5與TK(總氮)之比大于3~5時(shí)，可認(rèn)為碳源充足。

②反硝化反應(yīng)最適宜的pH值為8 ~8.6。pH值高于8.6或低于6，反硝化速率將大幅度下降。

③反硝化反應(yīng)最適宜的溫度是20~35℃。低于15℃反硝化反應(yīng)速率降低，為了保持一定的反應(yīng)速率，在冬季時(shí)采用降低處理負(fù)荷、提高生物固體平均停留時(shí)間以及水力停留時(shí)間等措施。

④反硝化菌屬于異養(yǎng)兼性厭氧菌在無(wú)分子氧但存在硝酸和亞硝酸離子的條件下，一方面，它們能夠利用這些離子中的氧進(jìn)行呼吸，使硝酸鹽還原；另一方面，因?yàn)榉聪趸w內(nèi)的某些酶系統(tǒng)組分只有在有氧條件下才能合成，所以反硝化菌適宜在厭氧、好氧條件交替下進(jìn)行，故溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/L以下。

四、A/O生化處理生物相的判斷

生物相是指活性污泥微生物的種類(lèi)、數(shù)量及其活性狀態(tài)的變化。生物相觀察可以作為一種輔助手段來(lái)達(dá)到控制工藝運(yùn)行的目的。