反硝化细菌在污水处理中的应用

反硝化细菌

反硝化细菌是一类将硝态氮NO3-还原成气态氮N2的细菌群，他们分散于10个不同的细菌科中。据报道，50属以上的微生物可以进行反硝化作用，最为普遍的是假单胞杆菌属，其次为产碱杆菌属。

反硝化细菌的反硝化作用分为4步进行，即NO3-→NO2-→NO→N2O→N2，分别有NO3-还原酶，NO2-还原酶，NO还原酶，N2O还原酶催化完成。传统观点认为，反硝化作用需要再缺氧条件下进行，当O2和NO3-同时存在时，它会优先利用O2作为最终电子受体，只有溶解氧接近0时，才开始反硝化作用。然而20世纪80年代，Robertson等报道了好氧反硝化细菌和好氧反硝化酶系，国外已经被报道的好氧反硝化细菌有Paracoccus pantotropha， Pseudomonas spp，Alcaligenes faecalis，Thiosphaera pantotropha和Microvirgula aerodenitrificans等。

1分类

反硝化细菌分为异养厌氧反硝化细菌、异养好氧反硝化细菌和自养反硝化细菌。

异养厌氧反硝化细菌是目前生物脱氮过程中使用最普遍的一类菌。它完成反硝化作用是在厌氧或缺氧条件下进行，它把NO3- 和NO2- 转化为N2的过程中不需要O2，但需要有机碳作为碳源和电子供体。

异养好氧反硝化细菌在反硝化的过程中，既需要O2也需要有机碳源。这样便可将好氧反硝化细菌同硝化细菌混合培养，可在同一反应系统中实现硝化-反硝化过程，这样硝化反应产生的NH4+直接成为了反硝化反应的底物，避免了硝化反应过程中NO3- 的积累对硝化反应的抑制，加速了硝化反应的过程，而且反硝化反应释放出的OH-可部分抵偿硝化反应消耗的碱，能使系统pH相对稳定。硝化反应和反硝化反应同系统运行，不仅可以简化操作步骤还可大大降低投资费用和系统运行成本。

自养反硝化细菌的反硝化过程利用无机碳（CO2、HCO3-等）作为他们的碳源，不需要额外添加有机碳源，如Thiobacillusdenitrificans（脱氮硫杆菌）。

2 影响反硝化作用的因素

2.1碳氮比

在不同碳氮比条件下，其反硝化能力并不相同。当C/N>5时，脱氮率一般能达到90%以上。然而不同的反硝化细菌在起反硝化作用时，要求的最佳碳氮比并不相同。

2.2温度

温度对反硝化细菌反硝化速率的影响很大，反硝化细菌的最适温度在30℃左右，低于5℃或高于40℃，反硝化作用非常缓慢。

2.3 pH值

pH值会显著影响反硝化过程中酶的活性，从而影响反硝化速率。反硝化最适的pH值为7.5，在pH 7.0-8.0范围内，两者反硝化速率差异不大。pH值低于7.0或高于8.0均不利于反硝化作用的进行。

2.4溶解氧DO

DO浓度低于1mg/L时，反硝化细菌具有反硝化活性，但也有个别菌种如Pseudomonas sp的DO耐受性强，在DO浓度为2mg/L时仍具有活性。一般情况，在DO浓度为0.5mg/L时，反硝化速率最强。（适用于应用最广的异养厌氧反硝化细菌）

3 反硝化细菌在污水处理中的应用

反硝化细菌以异养厌氧应用最为广泛，该类反硝化细菌在污水处理过程中起到十分重要的作用。微生物反硝化过程是一种经济有效的硝酸盐去除方法，他可使NO3-逐步还原为NO2-,NO,N2O和N2,从而达到脱氮的目的。

3.1异养厌氧反硝化细菌在A/O工艺中的应用

A/O工艺也叫厌氧好氧工艺法，A（Anacrobic）是厌氧段，用于脱氮和除磷；O（Oxic）是好氧段，用于除水中的有机物。污水在好氧池中进行硝化，使含氮有机物被分解成氨，然后在亚硝化细菌的作用下，氨进一步转化为硝酸态氮，再经过硝化细菌的作用转化为硝态氮。硝酸盐进入缺氧池中，异养厌氧反硝化细菌利用有机碳源作为电子供体，以硝酸盐代替分子氧作为电子受体，进行无氧呼吸，分解有机质，同时将硝酸盐还原为氮气，从而达到生物脱氮的目的。

3.2好氧反硝化细菌的应用

好氧反硝化细菌可以使硝化作用和反硝化作用同时在好氧池中完成，一方面可以使硝化作用的产物直接成为反硝化反应的底物，避免了NO3-的积累对硝化反应的抑制，加速了硝化反应的过程；另一方面反硝化作用产生的OH-可部分补偿硝化反应所消耗的碱，维持系统pH的稳定。另外，硝化和反硝化作用在同一条件和同一系统中进行，可简化操作难度，大大降低投资成本和运行成本。

3.3自养反硝化的应用

自养反硝化作用可利用无机碳化合物（如CO2、HCO3-）作为它们的碳源。因此不需要异养反硝化过程中必须的有机碳源，这一方面可以节省有机碳源的投放成本，另一方面可以减少污泥的产生量，将污泥处理量降到最小。

小结

异养反硝化细菌能够把污水中的硝酸盐转换为氮气释放出来这在污水处理系统中是十分重要的，其在A/O工艺、SBR和氧化沟工艺中已得到广泛应用。

自养反硝化细菌（如脱氮硫杆菌）的发现和利用解决了异养反硝化细菌对有机碳源的需求问题，它不需要有机物作为碳源，仅有无机盐的存在就可以完成反硝化作用。脱氮硫杆菌在把硫或硫化物氧化为硫酸盐的同时，将硝酸盐还原为氮气。自养反硝化细菌为污水处理开辟了一条新的捷径，相信它将具有更为广阔的前景