利用AO法脫氮除磷，必須要達到這兩個條件：①為反硝化菌創(chuàng)造活躍的環(huán)境，積極除氮；②創(chuàng)造聚磷菌活躍的環(huán)境，利用以上兩個作用脫氮除磷。同步脫氮除磷，在理論上是可行的，但實際操作上卻很困難。
微生物為獲得能源，會利用更多的氧氣分解有機物，而反硝化菌在缺氧條件下，能充分利用硝酸根離子（NO3-）和亞硝酸根離子（NO2-）中含有的氧，并最終將污水中的氮轉化為氣體，釋放到空氣中。這就是脫氮的基本原理。此外，氨氮通過硝化反應轉化為亞硝酸根離子，可以進一步生成硝酸根離子。
水處理脫氮運行時，首先應讓大量的硝化菌生存在活性污泥中。為此，應促使進水中的氨氮在反應池的好氧段氧化為硝酸根離子。接下來，為讓含有硝酸根離子的二沉池出水與污水和活性污泥相混合，需在反應池中設置厭氧狀態(tài)（無氧、有NO3-）。厭氧狀態(tài)下的微生物為從污水中獲得能量，將利用硝酸鹽氮中的氧，活躍地講解有機物。硝酸鹽氮中的氧被消耗后殘留的氮，轉化為氣體，向大氣釋放。微生物處于厭氧條件下（無氧、無NO3-）時，與污水混合，為了從污水的有機物中獲取能量而攝取氧。但是，在氧氣不存在時，聚磷菌將消耗自身體內的三磷酸腺苷中的氧，獲得能量，其結果是在厭氧段釋放無機磷。隨后，含有被釋放出的磷的微生物混合水在好氧條件下，由于唯恐再次處于饑餓狀態(tài)，開始在體內大量蓄積超出釋放量的磷。通過這些微生物的作用，處理水中的磷減少了。這就是除磷的機理。進行除磷處理時，首先在反應池內設厭氧狀態(tài)。在絕氧池內，活性污泥與成為其食物的進水中的有機物進行混合，活性污泥中的聚磷菌釋放無機磷。但是，在接下來的好氧池內，聚磷菌攝取磷，由此達到除磷的效果。綜上所述，采用同樣的AO法運行，既可以脫氮又可以除磷，根據(jù)二者不同的機理，需要設定厭氧（無氧、有NO3-）和厭氧（無氧、無NO3-）條件。根據(jù)流程設定可以看出，AO脫氮/除磷相差的僅僅就是一個內回流，在AO脫氮工藝中，內回流攜帶硝態(tài)氮（受氫體）進入A池，碳源在A池中代謝完成脫氮的代謝；而在AO除磷工藝中，A池要保證厭氧環(huán)境，A池是對于有機物是初步的代謝及儲存，最終在好氧池中作為能量進行磷酸鹽的過量吸收的代謝過程。
所以一般的，我們可以從有無內回流來判斷AO工藝是脫氮還是除磷的設置，當然也有少部分將內外回流合并到一起的，本人不是很贊同這種設計，這種設計會把二沉池的停留時間跟生化池的綁定，使二沉池的進水負荷增加，停留時間縮短，后果就是要么二沉池做的大，要么停留時間不夠沉淀效果很差！
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