在废水生物脱氮系统中，不但要去除含碳有机物，还要将废水中的有机氮和氨氨通过生物硝化反硝化作用转化为氮气，最终从废水中除去。生物脱氮包括下面三个过程。

①同化过程。废水中一部分氨氮被同化为新细胞物质，以废弃污泥形式去除。

②硝化过程。即硝化菌将氨氧化为硝态氮。

③反硝化过程。即反硝化菌将硝态氮转化为一氧化氮、一氧化二氮和氮气（主要为氮气），然后使氮气从废水中释入大气。利用这三个过程进行生物脱氮的工艺流程有三种基本类型。

（1）生物脱氮工艺 生物脱氮方式中，将含碳有机物的氧化、硝化和反硝化在一个活性污泥系统中实现，这是一种单污泥（single-sludge）硝化／反硝化脱氮工艺。所谓单污泥，意味着系统中只有一个泥水分离装置，即只有一个二沉池。单污泥脱氮系统不需要补充外加碳源，利用废水中的含碳有机物或微生物内源代谢产物作为NO3-N反硝化电子供体。与单污泥脱氮系统相对应还有双污泥脱氮系统。在双污泥（two-sludge）脱氮系统中， 好氧反应器和缺氧反应器有各自的泥水分离装置，即有两个二沉池，从而产生两种活性污泥。


脱氮系统有许多种形式，如以微生物代谢产物为反硝化碳源的 Wuhrmann工艺、以废水中古碳有机物为反硝化碳源的Ludzack-Ettinger工艺、改良 Ludzack-Ettinger 工艺（A／O）、厌氧／缺氧／好氧（A2／O）工艺、VIP（Virginia Initiative Plant）工艺和 UCT （University of Cape Twon）工艺。

这些工艺中只有一个缺氧池（区）。Bardenpho生物脱氮工艺和改良UCT工艺是有两个缺氧池（区）的单污泥脱氮系统。此外还有多缺氧池（区）的单污泥脱氮系统，其他如氧化沟、序批式活性污泥法（SBR）和循环曝气系统（Cyclical Aerated System）。

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