污水生物脱氮的基本原理就是在将有机氮转化为氨态氮的基础上，利用硝化菌和反硝化菌的作用，在好氧条件下将氨氮通过硝化作用转化为亚硝态氮、硝态氮。在缺氧条件下通过反硝化作用将硝氮转化为氮气，达到从废水中脱氮的目的。废水中氮的去除还包括靠微生物的同化作用将氮转化为细胞原生质成分。主要过程如下：氨化作用是有机氮在氨化菌的作用下转化为氨氮。硝化作用是在硝化菌的作用下进一步转化为硝酸盐氮。其中亚硝酸菌和硝酸菌为好氧自养菌，以无机碳化合物为碳源，从NH4+或NO2-的氧化反应中获取能量。
污水中磷的去除主要由聚磷菌等微生物来完成：在好氧条件下，聚磷菌不断摄取并氧化分解有机物，产生的能量一部分用于磷的吸收和聚磷的合成，一部分则使ADP与H3PO4结合，转化为ATP而储存起来。细菌以聚磷(一种高能无机化合物)的形式在细胞中储存磷，其能量可以超过生长所需，这一过程称为聚磷菌磷的摄取。处理过程中，通过从系统中排除高磷污泥以达到去除磷的目的。在厌氧和无氮氧化物存在的条件下，聚磷菌体内的ATP进行水解，放出H3PO4和能量，形成ADP，这一过程为聚磷菌磷的释放。
在生物处理工艺中，水力停留时间（hydraulic retention time，HRT）是一个非常重要的参数，不同的HRT直接影响微生物与基质底物的接触时间以及传质过程，进而影响工艺对污水的处理效能，停留时间过短，反应器内不能保持足够的生物量，影响反应器的运行稳定性和处理效果；而停留时间过长，会使反应器处理能力过剩，造成浪费。而且，它不仅影响整个系统的处理效能，还直接决定了反应器容积的大小，从而影响了系统的基建费用。因此，确定合理的HRT对于保证系统的处理效能及节省工程投资都具有十分重要的意义。
二、不同的HRT对脱氮的影响
A2/O工艺在较长HRT条件对NH3-N有很好的去除效果，HRT过短，反应池中各微生物种群没有充分的时间生长，污泥流失过快，硝化反应和反硝化反应都没有得到充分的进行。当HRT达到一定的值时，已足够各反应器内的反应充分进行，再增加HRT，也只能是增加经济负担，对脱氮作用没有更显著的效果。
但是，通过对膜生物反应器复合工艺的研究指出，试验选定的HRT范围内（4.97h-8.70h），系统对TN的去除率随着HRT的减少而增加。这是因为长HRT条件下，系统的有机负荷率降低，会使生物的内源呼吸加剧，影响污泥的活性，最终降低系统对污染物去除效果。降低HRT可使系统的有机负荷率提高，进而使系统反硝化的能力增强，最终提高氮的处理效果。
三、不同的HRT对除磷的影响
在SBR工艺中，HRT对PO3-4-P的去除效果影响较小，该工艺对PO3-4-P没有明显的去除效果。这可能是由于反硝化菌与聚磷菌同属异养菌，由于反硝化菌能够先于聚磷菌吸收和利用VFA进行反硝化脱氮，并且聚磷菌对于碳源的要求要严于反硝化菌，即易降解有机物优先被反硝化菌利用，导致聚磷菌吸附的碳源较少，相应地VFA也较少，在厌氧下转化生成的PHB（聚β-羟基丁酸）就减少，从而需要释放的磷产生的能量就相对减少。
通过对A2/O工艺的研究，HRT升高，TP去除率不一定升高，而是呈现先升高后降低的变化趋势，HRT为8h时，TP去除率最高，去除效果最好。当HRT升高至12h时，TP去除率呈现下降趋势，除磷效果恶化。这就说明了较长的HRT有利于TP的去除。但随HRT的增大，TP去除率逐渐减小，还会对TP的去除有不利影响。这可能是因为HRT太大的话，产生污泥膨胀，在碳源一定的情况下，硝化细菌与聚磷菌之间就会形成较为激烈的竞争，而聚磷菌的存活能力低于硝化细菌，所以就会造成聚磷菌的死亡，不利于吸磷作用的进行，因此，HRT增大，TP的去除率提高幅度逐渐减小。
四、总结
通过以上调研发现，HRT对不同生物脱氮除磷工艺的脱氮除磷效率的影响不同，因此，要具体情况具体分析，但是每一种工艺都有其最佳的水力停留时间，在此条件下，运行效果最好，且基建成本最低。
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