在此背景下，本论文在竹园第一污水处理厂原有的工艺装置的基础上，改进工艺装置，将膜生物反应器(MBR)与传统活性污泥工艺A2/O工艺相结合形成了具有同步脱氮除磷功能的A2O-MBR工艺。通过对各项进出水常规指标及污泥活性指标进行测定，评价系统对有机物及氮磷的处理效果，同时考察和分析系统内的污泥特性及微生物特性，并探讨高效脱氮除磷机理，为污水处理技术的开发提供理论支持。

1.2  生物脱氮除磷的基本原理及其影响因素

1.2.1 生物脱氮机理及其影响因素

（1） 生物脱氮机理

氮在污水中一般以有机氮及氨氮的形式存在。有机氮在氨化菌的氨化作用下，很容易被分解、转化成氨氮，而氨氮在硝化菌的作用下被氧化为硝态氮。硝化过程包括两个步骤：

第一步，氨氮在亚硝酸盐菌的作用下转化为亚硝酸盐氮：

2NH4++3O2+4OH-—→2NO2-+6H2O                              (1.1)

第二步，亚硝酸盐氮在硝酸菌的作用下转化为硝酸盐氮：

2NO2-+O2—→2NO3-                                          (1.2)

硝化菌包括亚硝酸菌与硝酸菌。它们均利用无机碳化物作为碳源，通过氨根或亚硝酸根的氧化反应，从中获取能量。

反硝化细菌包括专性厌氧细菌及兼性厌氧细菌，它们完成污水中的反硝化反应 [1]。

（2） 影响硝化过程的环境因素

① 温度

生物硝化反应可在4~45℃的温度范围进行。亚硝化菌的最佳生长温度为35℃，硝化菌的最佳生长温度为35~42℃。在5~30℃内，温度升高导致硝化反应的速率增加。当温度低于4℃时，硝化菌会停止其生命活动 [2]。在5~30℃范围内，可用可用式(1.3)来描述亚硝化菌的最大比增长率和温度的关系：

                                           (1.3)

式中，T—温度，℃。

② 溶解氧

在好氧条件下，硝化反应才能进行，所以溶解氧浓度DO是影响硝化反应速率的重要因素[3]。硝化反应中DO浓度和硝化细菌生长速率之间的关系可用下式表示：

                                                 (1.4)

在活性污泥法系统中，溶解氧浓度在1.2~2 mg/L之间，就可以发生硝化反应。但在生物膜法系统中，微生物表面积与体积比与活性污泥相比，小10~100倍，而且溶解氧所受到的渗透传质阻力更大。所以提高溶解氧浓度，可以提高溶解氧穿透生物絮体的能力，从而能够提高硝化反应速率。

③ C/N比

当C/N比越高，异养菌越容易和自养型硝化菌争夺溶解氧，通常异养菌会优先生长。因此，在传统的活性污泥法系统中，硝化菌所占比例很低，约为5%左右。而只有当活性污泥法工艺的BOD5负荷小于0.15 kgBOD5/(kgMLSS.d) 时，系统的硝化反应才能正常进行[3]。

④ pH和碱度

硝化菌对pH的变化十分敏感，当pH值在7.0~8.0范围内时，pH值的变化对硝化速率影响很小；当pH值在5.0~5.5范围内时，硝化反应则几乎停止[4]。

氧化1 g NH4+-N要消耗碱度7.14 g(以CaCO3计)，如果在硝化反应中不补充碱度， pH值就会急剧下降，从而影响硝化反应的进行。所以当废水碱度不够时，若要维持硝化反应正常进行，需确保pH值在7.5以上[5]。