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生物脫氮除磷裝置去除活性污泥法處理污水時，將活性污泥交替在厭氧以及好氧狀態下運行，能使過量積聚磷酸鹽的積磷菌占優勢生長，使活性污泥含磷量比普通活性污泥高。污泥中積磷菌在厭氧狀態下釋放磷，在好氧狀態下過量地攝取磷。經過排放富磷剩余污泥，其結果與普通活性污泥法相比，可去除污水中更多的磷。
1）生物除磷只要由一類統稱為聚磷菌的微生物完成，由于聚磷菌能在厭氧狀態下同化發酵產物，使得聚磷菌在生物除磷系統中具備了競爭的優勢。
2）在厭氧狀態下（沒有溶解氧和硝態氮存在），兼性菌將溶解性有機物轉化成揮發性脂肪酸；聚磷菌把細胞內聚磷水解為正酸鹽，并從中獲得能量，吸收污水中的易降解的COD，同化成細胞內碳能源存貯物聚β-羥基丁酸或β-羥基戊酸等。
3）在好氧或缺氧條件下，聚磷菌以分子氧或化合態氧作為電子受體，氧化代謝內貯物質PHB或PHV等，并產生能量，過量地從污水中攝取磷酸鹽，能量以高能物質ATP的形式存貯，其中一部分有轉化為聚磷，作為能量貯于胞內，通過剩余污泥的排放實現高效生物除磷目的。
1、除磷菌的過量攝取磷
好氧條件下，除磷菌利用廢水中的BOD5或體內貯存的聚b-羥基丁酸的氧化分解所釋放的能量來攝取廢水中的磷，一部分磷被用來合成ATP，另外絕大部分的磷則被合成為聚磷酸鹽而貯存在細胞體內。
2、除磷菌的磷釋放
在厭氧條件下，除磷菌能分解體內的聚磷酸鹽而產生ATP，并利用ATP將廢水中的有機物攝入細胞內，以聚b-羥基丁酸等有機顆粒的形式貯存于細胞內，同時還將分解聚磷酸鹽所產生的磷酸排出體外。
3、富磷污泥的排放
在好氧條件下所攝取的磷比在厭氧條件下所釋放的磷多，廢水生物除磷工藝是利用除磷菌的這一過程，將多余剩余污泥排出系統而達到除磷的目的。
脫氮是為防止水體富營養化而對廢水進行除氮的過程。一般分為物理化學法和生物法脫氮兩種。物理化學法有氣提脫氮法、離子交換法、氯處理法等，通常很少采用。實踐中多采用硝化-反硝化作用的生物脫氮法對廢水進行處理。目前已對活性污泥法、生物膜法處理過程中的嫌氣反應與好氣反應經過各種形式組合設計出多種處理程序。
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