一、反硝化作用

污水處理實(shí)踐中，反硝化作用一般指在缺氧條件下，反硝化菌將硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成氮?dú)獾倪^(guò)程。實(shí)際的反硝化過(guò)程中，還會(huì)產(chǎn)生NO、N20等溫室氣體。

在反硝化過(guò)程中，有機(jī)物作為電子供體，硝酸鹽為電子受體，在電子傳遞過(guò)程中，有機(jī)物失去電子被氧化，硝酸鹽得到電子被還原，實(shí)現(xiàn)在反硝化過(guò)程對(duì)硝態(tài)氮還原轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂虲OD的脫除。理論上，1g硝態(tài)氮的全程反硝化需要硝化2.86g有機(jī)碳源（以BOD計(jì)）。污水生化處理工藝中，反硝化作用主要在缺氧池實(shí)現(xiàn)，一般考察其可生化性（BOD/COD）和含量（BOD/TN比例），以判斷有機(jī)物碳源是否適宜并足夠系統(tǒng)用于反硝化脫氮。

影響污水生物脫氮過(guò)程中反硝化作用的主要因素包括：溶解氧、pH值、溫度、有機(jī)碳源的種類和濃度，以及廢水污染物背景等。

一般經(jīng)驗(yàn)性認(rèn)為，在污水處理生化系統(tǒng)中，A池溶解氧保持在0.2mg/L 以下時(shí)，利于反硝化作用的正常進(jìn)行。反硝化作用適宜的pH為6.5-7.5,反硝化作用也是產(chǎn)堿過(guò)程，可以在一定程度上對(duì)沖硝化作用中消耗的一部分堿度。理論上，全程硝化過(guò)程可產(chǎn)生3.57g堿度（以CaCO3計(jì)）。在溫度方面，實(shí)際中反硝化一般應(yīng)控制在15-30 ℃。

二、參與反硝化作用的細(xì)菌

反硝化菌主要參與硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮還原過(guò)程，是生化系統(tǒng)中硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮去除的主要功能菌。參與反硝化作用的細(xì)菌一般有以下幾類：

1、反硝化菌

主要指習(xí)慣中通稱的反硝化菌，這是一類兼性厭氧菌，涉及多個(gè)種屬的細(xì)菌。這類反硝化菌種類繁雜，有的能還原硝酸鹽和亞硝酸鹽，有的只能將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽。在缺氧狀態(tài)下，反硝化細(xì)菌可將硝酸鹽、氮化物等還原為NO、N2O或N2。反硝化作用既可脫除污水中的硝態(tài)氮（總氮也自然降低），又可一定程度維持水環(huán)境pH穩(wěn)定性，還可以利用碳源降低COD。

2、好氧反硝化細(xì)菌

污水中先分離的好氧反硝化細(xì)菌是副球菌屬的Paracoccus pantotrophus，該菌能在好氧情況下將硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮還原為N2。其它已發(fā)現(xiàn)的好氧反硝化作用細(xì)菌也逐漸增多，如施氏假單胞菌(Pseudomonas stutzer)等。關(guān)于好氧反硝化菌主要是一類既能營(yíng)有氧呼吸，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)反硝化作用的細(xì)菌，也是環(huán)境微生物方面的的研究熱點(diǎn)。

3、自養(yǎng)反硝化細(xì)菌

自養(yǎng)反硝化細(xì)菌也是較新的發(fā)現(xiàn)。某些自養(yǎng)細(xì)菌能夠利用無(wú)機(jī)物時(shí)將硝酸鹽還原,實(shí)現(xiàn)反硝化作用,被稱為自養(yǎng)反硝化細(xì)菌。其中比較受關(guān)注的是以硫?yàn)闊o(wú)機(jī)底物的自養(yǎng)反硝化菌，如脫氮硫桿菌(Thiobacillus denitrificans) 和反硝化硫微螺菌(Thiomicrospira denitrificans)等。開(kāi)展這類微生物的研究，對(duì)于低碳源廢水處理，以及污泥減量方面，具有較大意義。

三、反硝化作用類型

上述關(guān)于參與反硝化作用細(xì)菌的描述，也說(shuō)明反硝化作用存在多種類型，在此只是從便于表達(dá)的角度嘗試一下分類，不能作為學(xué)術(shù)分類參考，有機(jī)會(huì)再專門(mén)系統(tǒng)闡述。

1、自養(yǎng)反硝化與異養(yǎng)反硝化

從營(yíng)養(yǎng)依賴和消耗的角度，有自養(yǎng)反硝化和異養(yǎng)反硝化之分。傳統(tǒng)反硝化過(guò)程需要以有機(jī)物作為碳源和電子供體，這類反硝化細(xì)菌屬于異養(yǎng)型細(xì)菌。在自養(yǎng)反硝化作用中，以無(wú)機(jī)物作為電子供體，將硝酸鹽還原并從中獲取化學(xué)能量并用于物質(zhì)合成，比較典型的是硫自養(yǎng)反硝化菌的應(yīng)用。

2、好氧反硝化與缺氧反硝化

傳統(tǒng)生物脫氮理論中，反硝化作用在缺氧環(huán)境中進(jìn)行。近年來(lái)，不斷發(fā)現(xiàn)在好氧環(huán)境下具有還原硝態(tài)氮能力的菌株，能夠?qū)崿F(xiàn)好氧反硝化作用，這些菌株能在好氧條件下同步去除硝酸鹽與有機(jī)物，并可通過(guò)同化或異養(yǎng)硝化作用去除氨氮。目前，關(guān)于好氧反硝化機(jī)理和理論仍在探索中。同時(shí)，一個(gè)有趣的問(wèn)題是，好氧、缺氧是經(jīng)驗(yàn)性概念，不能算做精準(zhǔn)界定。

3、全程反硝化與短程反硝化

傳統(tǒng)生物脫氮中反硝化作用，一般指包括從硝酸鹽到氮?dú)獾娜谭聪趸^(guò)程；所謂短程反硝化，看作全程反硝化作用過(guò)程中的某一段。相較于全程反硝化，短程反硝化所需要的電子供體更少，也必然會(huì)減少碳源消耗。在處理C/N比失調(diào)廢水，尤其是低C/N比廢水時(shí)，短程反硝化作用的優(yōu)勢(shì)和潛力明顯。這類研究，大多集中在兩個(gè)方面，一是與厭氧氨氧化偶聯(lián)，通過(guò)控制硝態(tài)氮還原至亞硝態(tài)氮水平，為厭氧氨氧化提供亞硝酸鹽來(lái)源；二是與短程硝化偶聯(lián)，將短程硝化產(chǎn)生的亞硝酸鹽還原至氮?dú)鈱?shí)現(xiàn)短程硝化反硝化。

四、工業(yè)廢水處理實(shí)踐中的反硝化作用

1、關(guān)于反硝化處理中的C/N比

廣為接受的傳統(tǒng)理論認(rèn)為，污水中含碳有機(jī)物為反硝化反應(yīng)過(guò)程提供電子，每轉(zhuǎn)化1gNO2-為N2時(shí)，消耗碳源1.71g（以BOD表示）；每轉(zhuǎn)化1gNO3-為N2時(shí)，消耗碳源2.86g（以BOD計(jì)），同時(shí)產(chǎn)生3.57g堿度（以CaCO3計(jì)）。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)生物脫氮系統(tǒng)的廢水C/N 比低于3.4 時(shí)，反硝化菌的生長(zhǎng)會(huì)因碳源不足受到抑制；C/N 比在6-8之間更有利于反硝化過(guò)程的進(jìn)行。

但實(shí)際廢水處理工作畢竟不同于實(shí)驗(yàn)研究條件下的模擬或驗(yàn)證，反硝化的結(jié)果也不完全是全部轉(zhuǎn)化為N2，至少還有同化作用等，以及轉(zhuǎn)化為N2O等其它形式氣體的情況存在。一般情況下,當(dāng)污水中的C/N 值> 3-5 時(shí)，可認(rèn)為碳源是充足的，不需要補(bǔ)充外加碳源，當(dāng)然這與生物脫氮的工藝條件、廢水背景等密切相關(guān)。

2、關(guān)于影響反硝化作用的因素

影響反硝化作用的因素很多，如污染物背景、生物脫氮工藝和菌群結(jié)構(gòu)等有關(guān)，基本原則還是具體問(wèn)題具體分析。比如，一般認(rèn)為，反硝化菌比硝化菌對(duì)有毒物質(zhì)的耐受性強(qiáng)很多，但工業(yè)廢水中還是常常會(huì)遇到硝化作用良好，而反硝化作用效果很差的情況。其實(shí)，這與污水中的復(fù)雜的抑制物直接相關(guān)，即水環(huán)境中的生物毒性、生物難降解、生物性抑制因素影響微生物菌群結(jié)構(gòu)，以致反硝化作用效能不高或無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

工業(yè)廢水尤其是醫(yī)藥原料藥、農(nóng)藥原藥以及醫(yī)藥農(nóng)藥中間體等生產(chǎn)廢水中，含雜環(huán)氮有機(jī)物較多，生物毒性較強(qiáng)，可生化性較差，往往屬于難處理廢水，其中的生物脫氮也是一個(gè)“老大難”問(wèn)題。KONODO在這類工業(yè)廢水的生化處理過(guò)程中，積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)資源，在服務(wù)實(shí)際中也解決了系列類似難題。比如某農(nóng)藥中間體生產(chǎn)企業(yè)廢水（含甲維鹽等）處理中，硝化作用部分建立，反硝化處理一直不理想，生物脫氮效能低下，出水總氮總是超標(biāo)。通過(guò)對(duì)其廢水背景、生化系統(tǒng)進(jìn)行綜合診斷，采取生化方法消除抑制物的影響，重建生物降解、硝化和反硝化等生化功能，成功實(shí)現(xiàn)其污水站生化系統(tǒng)的高效脫氮。