污水中氮的存在形式主要以有机氮和氨氮的形式存在，通常只含有少量或没有亚硝酸盐和硝酸盐形态的氮。
传统的废水生物处理去除废水中呈胶体和溶解状态的有机污染物，对氨、磷等营养物质，只能去除细菌细胞生理需要摄取的部分。
活性污泥理想的营养平衡式为BOD:N:P=100:5:1，氮的去除率为20%~40%，磷的去除率仅为5%~20%，因此必须设置专门的脱氮除磷工艺。今天详细介绍一下生物脱氮的基本原理。
生物脱氮过程包括氨化反应、硝化反应、反硝化反应。下面就这3方面反应基本原理进行详细介绍。
1 氨化反应
氨化反应无论在好氧还是厌氧条件下 ，中性、碱性、还是酸性环境中都能进行，只是作用的微生物不同、作用的强弱不同。活性污泥和生物膜系统内能够比较完全地完成氨化反应。
微生物分解有机含氮化合物是由分泌在体外的水解酶将大分子水解成小分子。（1）蛋白质被分解时，先由分泌至胞外的蛋白酶将蛋白质水解成氨基酸。（2）核酸被分解时,由核酸水解酶降解为氨基酸、磷酸、尿素和氨。（3）尿素再由脲酶分解为氨和二氧化碳。
氨基酸可进入微生物细胞，作为微生物的氮源及碳源。它在微生物体内或体外被分解时，以脱氨基的方式产生氨，包括：① 水解脱氨②还原脱氨③氧化脱氨，以氨基酸为例：
2 硝化反应
硝化菌为好氧氨盐呼吸的细菌，以碳酸盐为碳源。硝化作用消耗碱（NH4+、CO3-），生成H+，水的pH值下降，因此，在消化反应过程中，需要补碱（Na2CO3或NaOH)来升高pH。
硝化反应过程中，氮不停的转化，氮的价态也不断的发生变化，具体情况见下表：
硝化反应的环境条件
溶解氧
氧是硝化反应的电子受体，反应器内溶解氧含量的高低，必将影响硝化反应的进程，实验结果证实，在硝化反应的曝气池内，溶解氧含量不得低于1mg/L。
pH值
在硝化反应过程中，释放H+离子，使pH值下降，硝化菌对pH值的变化十分敏感，为了保持适宜的pH值，应当在废水中保持足够的碱度，以调节pH值的变化，1g氨态氮（以N计）完全硝化，需碱度（以CaCO3计）7.14g。对硝化菌的适宜的pH值为8.0-8.4。
营养物质
混合液中有机物含量不应过高BOD5应在15~20mg／L以下，硝化菌是自养型菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若BOD值过高，将使增殖速度较高的异养型细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优占种属。
水温
硝化反应的适宜温度是20~30℃，15℃以下时，硝化反应速度下降，5℃时完全停止。
活性污泥
硝化菌在反应器内的停留时间，即生物固体平均停留时间(污泥龄) (θc) N （一般大于10~15d）， 必须大于其最小的世代时间(θc)min N，否则将使硝化菌从系统中流失殆尽。
有毒物质
除重金属外，对硝化反应产生抑制作用的物质还有：高浓度的NH4--N、高浓度的NOX--N、高浓度的有机基质以及络合阳离子等。
3 反硝化反应
反硝化反应中的细菌为反硝化细菌（兼性厌氧菌），在厌氧条件下，以NO3--N为电子受体，以有机碳为电子供体，硝酸盐来源于回流出水中的硝化产物。
在反硝化反应中，最大的问题就是污水中可用于反硝化的有机碳的多少及其可生化程度。反硝化的碳源一般有3种：（1）原水中含有的有机碳（2）外加碳源（多用甲醇）（3）內源呼吸碳源——细菌体内的原生物质及其贮存的有机物。
反硝化反应影响因素
碳源
能为反硝化菌所利用的碳源较多，从废水生物脱氮考虑，有下列二类：一是原废水中所含碳源；二是外加碳源，多采用甲醇(CH3OH)，因为甲醇被分解后的产物为CO2、H2O，不留任何难降解的中间产物。
pH值
对反硝化反应最适宜的pH值是6.5-7.5，pH值高于8低于6，反硝化速率将大为下降。
溶解氧
反硝化菌属异养兼性菌，在无分子氧同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下，它们能够利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。如果DO较高，反硝化菌利用氧进行呼吸，氧成为电子受体，阻碍NO3--O成为电子受体而使N难还原成N2↑。
另一方面，反硝化菌体内的某些酶系统组分，只有在有氧条件下，才能够合成。这样，反硝化反应宜于在厌氧、好氧条件交替的条件下进行。
温度
反硝化反应的最适宜温度是35-45℃，低于15℃反硝化反应速率降低。
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