首先我們先要看懂生物脫氮的原理。在汙水生物處理中，氮元素的轉化是靠4個作用來完成的。
分別是同化、氨化、硝化和反硝化作用。
同化作用 就是微生物將氮轉化為自身細胞的組成部分，最後可以通過剩餘汙泥排出。
氨化作用 是將有機氮轉化為氨氮，通過反應式可以看出這一過程有2個特點，一是需要氧氣；二是由於氨化菌是異養菌，所以整個過程都會消耗有機物。
硝化作用 分兩步，先是將氨氮氧化為亞硝酸氮，再將亞硝酸氮氧化為硝酸氮，這裡面涉及到兩種細菌，但這不是重點，我就不說了。
這一過程的特點有2個，一個是消耗氧氣，第二個是因為產物中有H+，為了維持系統的pH，所以還要消耗鹼度。
反硝化作用 生物脫氮的最後一步，就是反硝化。
在這個過程中，上一步產生的亞硝酸氮和硝酸氮被還原為氮氣。
這一過程的特點有3個，一是需要控制嚴格的缺氧條件，二是需要碳源作為電子供體參與反應，三是會產生鹼度。
接下來我們來看汙水處理中是怎麼進行生物脫氮的。
根據上面的脫氮原理，有科學家提出了三級生物脫氮工藝，如圖所示。
簡單粗暴，氨化階段給你上一個反應器，順便還去除有機物；
硝化階段再給你一個反應器，正好把上一個反應池中產生的氨氮轉化成硝態氮；
了以後該反硝化了，好的，我們再來一個反應器，繼續把上一個池子中的硝態氮搞成氮氣。
不知道大家發現問題沒。
第一個反應器的氨化過程和第二個反應器的硝化過程，它倆都是需要氧氣的。
於是我們的前輩靈機一動，把它倆合二為一，結果就出現了下面的兩級生物脫氮工藝。
這樣的改進可節省了不少的基建費用。
後來覺得沉澱池1放在那裡也沒啥必要，就給去掉了。
這樣就變成單級生物脫氮系統，又輕鬆節省一筆費用，這裡就不放單級的圖了，大家可以自行腦補。
但是仔細觀察，貌似還有不妥之處。
首先前邊兒的反應器進行氨化作用的同時，消耗了有機物。
可是後邊兒的反應器在進行反硝化時，它又要往裡加有機物。
再來，前邊兒的反應器中，我們要往裡加鹼度來中和H+。別問為什麼，問了我就告訴你，因為硝化細菌它受不了7以下的pH，不然它就要死給你看。
可是到了後邊兒，反硝化過程中又會產生鹼度。
所以，我們機智的前輩又想到了改良的辦法，那就是將反硝化反應器放在系統的最前端。
讓原水中的有機物先參與反硝化過程，這樣既可以省去額外投加碳源的費用，還幫好氧池去除了一部分有機物，又減少了一部分曝氣的費用；
再有反硝化過程產生的鹼度，可以直接補充給硝化過程，簡直是一石好幾鳥。
可能這裡就有人疑惑了，反硝化過程設在最前邊兒怎麼能行呢？
畢竟反硝化過程是要硝態氮參與反應的，但是進水的氮它可不是硝態氮啊。
所以這裡存在一個很關鍵的步驟，就是硝化液的回流，也叫做內回流。
只要將好氧池的混合液回流到缺氧池，就可以解決這個問題啦。