同时硝化反硝化的理论、实践与进展
中街大果 摘 要:综合国内外研究成果，结合笔者的研究心得，对同时硝化反硝化的理论与实践进行了总结。从物理学、微生物学和生物化学的角度，对同时硝化反硝化现象做了理论分析，并对亚硝酸盐氮的同时硝化反硝化过程的影响因素进行了探讨，提出了今后的研究方向。
十大刑事案件 关键词 同时硝化反硝化；亚硝酸盐；氨氮，中间产物
友情的成语THE THEORY AND PRACTICE OF SIMULTANEOUS NITRIFICATION AND DENITRIFICATION
LU Xi-wu
(Department of Environmental Engineering, Southeast University, Nanjing 210096)
ABSTRACT：The paper made a survey on current rearch status of simultaneous nitrification and denitrification (SND) in wastewater treatment, and made a theoretical explanation for the phenomenon of nitrification and denitrification from the angles of physics,
平舌音和翘舌音怎么区分 microbiology and biochemistry. The author also summarized the practice and influencing facts of SND process and put forward some suggestions for further study of SND.
Keywords: simultaneous nitrification and denitrification, nitrite, ammonia, byproducts
关于硝化和反硝化，经典的水处理理论认为：硝化过程是氨通过亚硝酸盐向硝酸盐的自养型转换，主要是由化能无机营养菌——硝化细菌所完成的；反硝化过程则被认为是在严格的厌氧条件下完成的[1]。
近年来，许多异养微生物被发现也能硝化有机氮和无机氮化合物，异养硝化过程对自然界中氨的硝化能起很大贡献，甚至在许多微生态系统中异氧菌作用超过自氧菌[2]安全会议纪要。与自氧菌相比，异氧硝化菌通常倾向于快速增长且有较高的产率，可容忍低一些的溶解氧(DO)浓度和酸性环境，喜欢较高的C／N比[3]。
一般来讲，在反硝化过程中，硝酸盐和亚硝酸盐在呼吸电子传递链中被用作为电子受体，其方式与氧相同，只是对代谢系统（如对酶）稍有不同。最初，反硝化被认为是严格的厌氧过程，因为反硝化菌作为兼性需氧菌，优先使用溶解氧(DO)呼吸（甚至在DO浓度低达0.
寿阳豆腐干1mg/L时也如此）。这一特点阻止了使用硝酸盐和亚硝酸盐在有氧作为最终电子受体。然而，20世纪80年代后发现某些种类的细菌能够好氧反硝化[4]。与厌氧反硝化细菌相比，好氧反硝化菌倾向于（1）反硝化速率慢一些；（2）随着好氧/厌氧周期的变化，其小生态环境的优点好一些；（3）喜好某些特定基质如甲醇[2]。
近十余年来，在不少污水处理工艺的实际运行中发现了同时硝化反硝化（也称同步硝化反硝化）现象。例如，间歇曝气反应器 [3]，SBR反应器[5]，Orbal氧化沟[6]，单沟氧化渠[7]正弦信号发生器等反应器中均发现了好氧状态下高达30%的总氮损失，这些氮的去除是在氧、亚硝酸盐和硝酸盐同时存在条件下发生的。所谓同时硝化反硝化现象（SND），就是硝化反应和反硝化反应在同一反应器中、相同操作条件下同时发生。这一现象与传统脱氮理论明显有所违背。根据传统理论，首先含氮有机物被异养微生物分解转化为氨，然后通过自养型硝化细菌将其氧化为硝酸盐，最后再由反硝化细菌将硝酸盐还原为氮气，完成脱氮过程。由于硝化菌和反硝化菌各自适宜的生长环境不同，故传统理论对硝化过程与反硝化过程有严格区分，前者是好氧条件，后者是厌氧条件。
同时硝化反硝化现象的发现，是水处理理论的一项重要成果。十余年来，国内外学者对这
一现象进行了大量研究。本文在分析总结国内外研究经验的基础上，结合笔者的研究心得，从微生物学、生物化学和物理学的多重角度，对同时硝化反硝化机理进行一些有意义的探讨。
1 同时硝化反硝化的理论
同时硝化反硝化的现象可以从物理学(微环境理论)、微生物学(异养硝化和好氧反硝化菌种理论)和生物化学（中间产物理论）三个方面予以阐述和解释。土地流转
(1) 微环境理论：微环境理论侧重从物理学观点，研究活性污泥和生物膜的微环境中各种物质（如DO、有机物等）传递的变化，各类微生物的代谢活动及其相互作用，从而导致微环境中的物理、化学和生物条件或状态的改变。
微环境理论认为：由于微生物个体形态非常微小，一般属µm级，影响生物的生存环境也是微小的。而宏观环境的变化往往导致微环境的变化或不均匀分布，从而影响微生物群体或类型的活动状态，并在某种程度上出现所谓的表里不一（即宏观环境与微观环境不一致）的现象。事实上，由于微生物种群结构、基质分布代谢活动和生物化学反应的不均匀
性，以及物质传递的变化等因素的相互作用，在活性污泥菌胶团和生物膜内部会存在多种多样的微环境类型。而每一种微环境往往只适合于某一类型微生物的活动，而不适合其它微生物的活动[8]。
在活性污泥中，决定各类微环境状况的因素包括有机物和电子受体，如：DO、硝态氮的浓度及物质传递特性、菌胶团的结构特征、各类微生物的分布和活动状况等。在好氧性微环境中,由于好氧菌的剧烈活动,当耗氧速率高于氧传递速率时,可变成厌氧性微环境；同样厌氧微环境在某些条件下，也能转化成好氧微环境。如DO浓度增高，搅拌加剧，使氧传递能力增强时，就会使菌胶团内部原来的微环境由厌氧型转为好氧型。一般而论，即使在好氧性微环境占主导地位的活性污泥系统中，也常常同时存在少量的微氧、缺氧、厌氧等状态的微环境。厌氧微环境理论是以自氧硝化和厌氧反硝化的相互专有概念为基础的；也即是说，硝化可发生在絮体的表面，而反硝化由于活性污泥絮体内的DO梯度，会发生在内层。而采用点源性曝气装置或曝气不均匀时，则易出现较大比例的局部缺氧微环境。因此曝气阶段会出现某种程度的反硝化，或称同时硝化反硝化的现象。在生物膜法的工艺中，基质浓度和膜厚的变化对厌氧微环境的产生尤其有重大影响。
