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氣的過(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，有機物失去電子被氧化，硝酸鹽得到電子被還原，實(shí)現在反硝化過(guò)程對硝態(tài)氮還原轉化為氮氣和COD的脫除。理論上，1g硝態(tài)氮的全程反硝化需要硝化2.86g有機碳源（以BOD計）。污水生化處理工藝中，反硝化作用主要在缺氧池實(shí)現，一般考察其可生化性（BOD/COD）和含量（BOD/TN比例），以判斷有機物碳源是否適宜并足夠系統用于反硝化脫氮。

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、有機碳源的種類(lèi)和濃度，以及廢水污染物背景等。

一般經(jīng)驗性認為，在污水處理生化系統中，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）。在溫度方面，實(shí)際中反硝化一般應控制在15-30 ℃。

二、參與反硝化作用的細菌

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菌一般有以下幾類(lèi)：

1、反硝化菌

主要指習慣中通稱(chēng)的反硝化菌，這是一類(lèi)兼性厭氧菌，涉及多個(gè)種屬的細菌。這類(lèi)反硝化菌種類(lèi)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穩定性，還可以利用碳源降低COD。

2、好氧反硝化細菌

污水中先分離的好氧反硝化細菌是副球菌屬的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)現的好氧反硝化作用細菌也逐漸增多，如施氏假單胞菌(Pseudomonas stutzer)等。關(guān)于好氧反硝化菌主要是一類(lèi)既能營(yíng)有氧呼吸，同時(shí)還可實(shí)現反硝化作用的細菌，也是環(huán)境微生物方面的的研究熱點(diǎn)。

3、自養反硝化細菌

自養反硝化細菌也是較新的發(fā)現。某些自養細菌能夠利用無(wú)機物時(shí)將硝酸鹽還原,實(shí)現反硝化作用,被稱(chēng)為自養反硝化細菌。其中比較受關(guān)注的是以硫為無(wú)機底物的自養反硝化菌，如脫氮硫桿菌(Thiobacillus denitrificans) 和反硝化硫微螺菌(Thiomicrospira denitrificans)等。開(kāi)展這類(lèi)微生物的研究，對于低碳源廢水處理，以及污泥減量方面，具有較大意義。

三、反硝化作用類(lèi)型

上述關(guān)于參與反硝化作用細菌的描述，也說(shuō)明反硝化作用存在多種類(lèi)型，在此只是從便于表達的角度嘗試一下分類(lèi)，不能作為學(xué)術(shù)分類(lèi)參考，有機會(huì )再專(zhuān)門(mén)系統闡述。

1、自養反硝化與異養反硝化

從營(yíng)養依賴(lài)和消耗的角度，有自養反硝化和異養反硝化之分。傳統反硝化過(guò)程需要以有機物作為碳源和電子供體，這類(lèi)反硝化細菌屬于異養型細菌。在自養反硝化作用中，以無(wú)機物作為電子供體，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反硝化菌的應用。

2、好氧反硝化與缺氧反硝化

傳統生物脫氮理論中，反硝化作用在缺氧環(huán)境中進(jìn)行。近年來(lái)，不斷發(fā)現在好氧環(huán)境下具有還原硝態(tài)氮能力的菌株，能夠實(shí)現好氧反硝化作用，這些菌株能在好氧條件下同步去除硝酸鹽與有機物，并可通過(guò)同化或異養硝化作用去除氨氮。目前，關(guān)于好氧反硝化機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)驗性概念，不能算做精準界定。

3、全程反硝化與短程反硝化

傳統生物脫氮中反硝化作用，一般指包括從硝酸鹽到氮氣的全程反硝化過(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比失調廢水，尤其是低C/N比廢水時(shí)，短程反硝化作用的優(yōu)勢和潛力明顯。這類(lèi)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氣實(shí)現短程硝化反硝化。

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

廣為接受的傳統理論認為，污水中含碳有機物為反硝化反應過(guò)程提供電子，每轉化1gNO2-為N2時(shí)，消耗碳源1.71g（以BOD表示）；每轉化1gNO3-為N2時(shí)，消耗碳源2.86g（以BOD計），同時(shí)產(chǎn)生3.57g堿度（以CaCO3計）。研究發(fā)現，當生物脫氮系統的廢水C/N 比低于3.4 時(shí)，反硝化菌的生長(cháng)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)驗研究條件下的模擬或驗證，反硝化的結果也不完全是全部轉化為N2，至少還有同化作用等，以及轉化為N2O等其它形式氣體的情況存在。一般情況下,當污水中的C/N 值> 3-5 時(shí)，可認為碳源是充足的，不需要補充外加碳源，當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構等有關(guān)，基本原則還是具體問(wèn)題具體分析。比如，一般認為，反硝化菌比硝化菌對有毒物質(zhì)的耐受性強很多，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構，以致反硝化作用效能不高或無(wú)法實(shí)現。

工業(yè)廢水尤其是醫藥原料藥、農藥原藥以及醫藥農藥中間體等生產(chǎn)廢水中，含雜環(huán)氮有機物較多，生物毒性較強，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(lèi)工業(yè)廢水的生化處理過(guò)程中，積累了較豐富的經(jīng)驗和技術(shù)資源，在服務(wù)實(shí)際中也解決了系列類(lèi)似難題。比如某農藥中間體生產(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。通過(guò)對其廢水背景、生化系統進(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)現其污水站生化系統的高效脫氮。