（一）脱氮原理

氮化合物在自然界中以有机氮（动物蛋白、植物蛋白）、氨态氮（NH4+、NH3）、亚硝态氮（NO2-）、硝态氮（NO3-）以及气态氮（N2）形式存在，水中总氮主要包括除气态氮以外的四类。

1.氨化反应。在厌氧环境下，有机氮可以转换成氨态氮。通常厂外污水是通过管道输送到污水处理厂的，管道内部基本是厌氧环境，所以通过较长距离的输送，有机氮的含量将大大降低。

2.硝化反应。指利用化能自养微生物在好氧条件下将氨氮转化成硝酸盐的一个过程。这个过程中，氨氮在硝化菌和亚硝化菌的作用下，被部分转化为硝态氮和亚硝态氮。

3.反硝化反应。在缺氧条件下，硝态氮和亚硝态氮在有机物相对较充足的前提下，在反硝化菌的作用下，转变成氮气。氮气基本不溶于水，所以起到去除总氮的目的。

注：一般情况下，缺氧指0.1 mg/L＜DO≤0.5mg/L，厌氧≤0.1 mg/L。

（二）硝化作用

生物的硝化作用是指利用化能自养微生物在好氧条件下将氨氮转化成硝酸盐的一个过程。

1.生物硝化的过程： 生物硝化是由两组自养型硝化细菌——亚硝酸盐细菌和硝酸盐细菌，将氨氮转化为硝态氮的生化反应过程，硝化细菌几乎存在于所有的污水处理过程中，他们都是革蓝氏染色呈阴性，是一类不生芽孢的短杆菌和球菌，硝化细菌有强烈的好氧性，不能在酸性条件下生长。由于这两组细菌生活时都不需要有机物作养料，且是通过氧化无机的氮化合物得到生长所需的能量，故他们是化能自养型细菌。

2.硝化的反应过程：

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

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

根据计算：每氧化1mgNH4+-N为NO3--N,需要消耗碱7.07mg（以CaCO3计），如果没有足够的碱度，硝化反应将导致PH下降，使反应速度减缓，氧化1mg  NH4+-N为NO2- -N需要氧3.16mg,氧化1mgNO2--N为NO3--N需要氧1.11mg，所以共需要氧4.27mg.所以要有足够的氧量。

（三）反硝化

生物的反硝化作用是指污水中硝酸盐在缺氧条件下被微生物还原成氮气的一个反应过程。

1.生物反硝化的机理

生物反硝化是指污水中的硝态氮（ NO3- -N ）  和亚硝态氮 （ NO2--N ） 在无氧或低氧条件下，被微生物还原为 N2 的过程，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。

2.反硝化的工作原理

化学反应式：

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-

反硝化过程中 NO2- 和 NO3- 的转化，是通过反硝化细菌的同化作用（合成代谢）和异化作用（分解代谢）来完成。 

同化作用是NO2-和NO3- 被还原转化为NH3-N, 用于微生物细胞合成，氮成为细菌细胞的组成部分。

（四）碳源理论计算碳源投加量参考

 一般情况下可认为，去除1mg的总氮需要5-6mg的cod

 计算公式：所需投加的碳源的量=6×水量×（实际出水水质-设计要求）/cod当量

标准COD当量为100万mg/L,液体葡萄糖（含量为50%）相当于50万mg/L

例：规模为1万m3/d，出水执行一级A标准，即总氮标准为15mg/L，实际出水总氮为20mg/L，则求所需投加碳源的量（以30万mg/L）计算：

1×6 ×（20-15）÷0.3 ÷100=1吨