一、反硝化作用

污水处理实践中，反硝化作用一般指在缺氧条件下，反硝化菌将硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮气的过程。实际的反硝化过程中，还会产生NO、N20等温室气体。

在反硝化过程中，有机物作为电子供体，硝酸盐为电子受体，在电子传递过程中，有机物失去电子被氧化，硝酸盐得到电子被还原，实现在反硝化过程对硝态氮还原转化为氮气和COD的脱除。理论上，1g硝态氮的全程反硝化需要硝化2.86g有机碳源（以BOD计）。污水生化处理工艺中，反硝化作用主要在缺氧池实现，一般考察其可生化性（BOD/COD）和含量（BOD/TN比例），以判断有机物碳源是否适宜并足够系统用于反硝化脱氮。

影响污水生物脱氮过程中反硝化作用的主要因素包括：溶解氧、pH值、温度、有机碳源的种类和浓度，以及废水污染物背景等。

一般经验性认为，在污水处理生化系统中，A池溶解氧保持在0.2mg/L 以下时，利于反硝化作用的正常进行。反硝化作用最适宜的pH为6.5-7.5,反硝化作用也是产碱过程，可以在一定程度上对冲硝化作用中消耗的一部分碱度。理论上，全程硝化过程可产生3.57g碱度（以CaCO3计）。在温度方面，实际中反硝化一般应控制在15-30 ℃。

二、参与反硝化作用的细菌

反硝化菌主要参与硝态氮及亚硝态氮还原过程，是生化系统中硝态氮和亚硝态氮去除的主要功能菌。参与反硝化作用的细菌一般有以下几类：

1、反硝化菌

主要指习惯中通称的反硝化菌，这是一类兼性厌氧菌，涉及多个种属的细菌。这类反硝化菌种类繁杂，有的能还原硝酸盐和亚硝酸盐，有的只能将硝酸盐还原为亚硝酸盐。在缺氧状态下，反硝化细菌可将硝酸盐、氮化物等还原为NO、N2O或N2。反硝化作用既可脱除污水中的硝态氮（总氮也自然降低），又可一定程度维持水环境pH稳定性，还可以利用碳源降低COD。

2、好氧反硝化细菌

污水中最早分离的好氧反硝化细菌是副球菌属的Paracoccus pantotrophus，该菌能在好氧情况下将硝态氮或亚硝态氮还原为N2。其它已发现的好氧反硝化作用细菌也逐渐增多，如施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzer)等。目前，关于好氧反硝化菌主要是一类既能营有氧呼吸，同时还可实现反硝化作用的细菌，也是环境微生物方面的的研究热点之一。

3、自养反硝化细菌

自养反硝化细菌也是较新的发现。某些自养细菌能够利用无机物时将硝酸盐还原,实现反硝化作用,被称为自养反硝化细菌。其中比较受关注的是以硫为无机底物的自养反硝化菌，如脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans) 和反硝化硫微螺菌(Thiomicrospira denitrificans)等。开展这类微生物的研究，对于低碳源废水处理，以及污泥减量方面，具有较大意义。

三、反硝化作用类型

上述关于参与反硝化作用细菌的描述，也说明反硝化作用存在多种类型，在此只是从便于表达的角度尝试一下分类，不能作为学术分类参考，有机会再专门系统阐述。

1、自养反硝化与异养反硝化

从营养依赖和消耗的角度，有自养反硝化和异养反硝化之分。传统反硝化过程需要以有机物作为碳源和电子供体，这类反硝化细菌属于异养型细菌。在自养反硝化作用中，以无机物作为电子供体，将硝酸盐还原并从中获取化学能量并用于物质合成，比较典型的是硫自养反硝化菌的应用。

2、好氧反硝化与缺氧反硝化

传统生物脱氮理论中，反硝化作用在缺氧环境中进行。近年来，不断发现在好氧环境下具有还原硝态氮能力的菌株，能够实现好氧反硝化作用，这些菌株能在好氧条件下同步去除硝酸盐与有机物，并可通过同化或异养硝化作用去除氨氮。目前，关于好氧反硝化机理和理论仍在探索中。同时，一个有趣的问题是，好氧、缺氧是经验性概念，不能算做精准界定。

3、全程反硝化与短程反硝化

传统生物脱氮中反硝化作用，一般指包括从硝酸盐到氮气的全程反硝化过程；所谓短程反硝化，看作全程反硝化作用过程中的某一段。相较于全程反硝化，短程反硝化所需要的电子供体更少，也必然会减少碳源消耗。在处理C/N比失调废水，尤其是低C/N比废水时，短程反硝化作用的优势和潜力明显。这类研究，大多集中在两个方面，一是与厌氧氨氧化偶联，通过控制硝态氮还原至亚硝态氮水平，为厌氧氨氧化提供亚硝酸盐来源；二是与短程硝化偶联，将短程硝化产生的亚硝酸盐还原至氮气实现短程硝化反硝化。

四、工业废水处理实践中的反硝化作用

1、关于反硝化处理中的C/N比

广为接受的传统理论认为，污水中含碳有机物为反硝化反应过程提供电子，每转化1gNO2-为N2时，消耗碳源1.71g（以BOD表示）；每转化1gNO3-为N2时，消耗碳源2.86g（以BOD计），同时产生3.57g碱度（以CaCO3计）。研究发现，当生物脱氮系统的废水C/N 比低于3.4 时，反硝化菌的生长会因碳源不足受到抑制；C/N 比在6-8之间更有利于反硝化过程的进行。

但实际废水处理工作毕竟不同于实验研究条件下的模拟或验证，反硝化的结果也不完全是全部转化为N2，至少还有同化作用等，以及转化为N2O等其它形式气体的情况存在。一般情况下,当污水中的C/N 值> 3-5 时，可认为碳源是充足的，不需要补充外加碳源，当然这与生物脱氮的工艺条件、废水背景等密切相关。

2、关于影响反硝化作用的因素

影响反硝化作用的因素很多，如污染物背景、生物脱氮工艺和菌群结构等有关，基本原则还是具体问题具体分析。比如，一般认为，反硝化菌比硝化菌对有毒物质的耐受性强很多，但工业废水中还是常常会遇到硝化作用良好，而反硝化作用效果很差的情况。其实，这与污水中的复杂的抑制物直接相关，即水环境中的生物毒性、生物难降解、生物性抑制因素影响微生物菌群结构，以致反硝化作用效能不高或无法实现。

工业废水尤其是医药原料药、农药原药以及医药农药中间体等生产废水中，含杂环氮有机物较多，生物毒性较强，可生化性较差，往往属于难处理废水，其中的生物脱氮也是一个“老大难”问题。KONODO在这类工业废水的生化处理过程中，积累了较丰富的经验和技术资源，在服务实际中也解决了系列类似难题。比如某农药中间体生产企业废水（含甲维盐等）处理中，硝化作用部分建立，反硝化处理一直不理想，生物脱氮效能低下，出水总氮总是超标。通过对其废水背景、生化系统进行综合诊断，采取生化方法消除抑制物的影响，重建生物降解、硝化和反硝化等生化功能，成功实现其污水站生化系统的高效脱氮。