反硝化作用与反硝化菌

反硝化作用与反硝化菌

一、反硝化作用：

反硝化作用一般指在缺氧条件下，反硝化菌将（硝化反应过程中产生的）硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮气的过程。

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）。对生化处理中反硝化进水，可以考察其可生化性（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，以及水背景情况等。

一般认为，系统中溶解氧保持在0.15mg/L 以下时反硝化才能正常进行。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，是生化系统中硝酸盐氮去除的主要功能菌。参与反硝化作用的细菌主要有以下几类：

1、反硝化细菌(Denitrifying bacteria)

这是一类兼性厌氧微生物，当水环境中有分子态氧时，氧化分解有机物，利用分子态氧作为最终电子受体。当溶解氧(DO)低于0.15mg/L，即缺氧状态，反硝化细菌可用硝酸盐、氮化物等作为末端电子受体，以有机碳源为氢供体，将硝酸盐还原为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，还可以降低COD。这类反硝化菌中，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。

2、好氧反硝化细菌

有些细菌能有氧呼吸，同时实现反硝化作用。从污水中，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。其他已发现的好氧反硝化作用细菌，还有施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzer)等。大多数反硝化细菌在有氧条件下产生N₂O而不是N₂。目前，关于好氧反硝化菌的研究也是环境微生物方面的热点之一。

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在氧化过程中释放出来的能量将硝酸盐还原,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)。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。